DE112005001203T5

DE112005001203T5 - Verfahren und System zum Schutz von Batterien

Info

Publication number: DE112005001203T5
Application number: DE112005001203T
Authority: DE
Inventors: Todd W. Wauwatosa Johnson; Jay J. Menomonee Falls Rosenbecker; Gary D. Waukesha Meyer; Jeffrey M. Delafield Zeiler; Kevin L. Lomira Glasgow; Jonathan A. Waukesha Zick; Jeffrey M. Whitefish Bay Brozek; Karl F. Waite Hill Scheucher
Original assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Current assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: GB2429344A; WO2005117231A8; DE112005001217T5; GB0623318D0; GB0623249D0; DE112005001203B4; GB2429344B; WO2005117232A3; WO2005117232A2; GB2430814A; GB2430814B; WO2005117231A1

Abstract

Verfahren zur Durchführung einer Operation, die eine Batterie umfasst, wobei die Batterie eine Zelle aufweist, die eine Spannung hat, Energie zwischen der Zelle und dem elektrischen Gerät übertragbar ist, eine Steuerung so betreibbar ist, dass sie eine Funktion des Batteriesatzes steuert, die Steuerung mit einer Spannung betreibbar ist, die zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle oder größer ist als diese, wobei die Zelle so betreibbar ist, dass sie selektiv eine Spannung an die Steuerung liefert, und das Verfahren den Vorgang umfasst, die Steuerung zum Betrieb freizuschalten, wenn die von der Zelle gelieferte Spannung unterhalb der Betriebsspannungsschwelle liegt.

Description

ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Erfindung beansprucht den Zeitrang der früher eingereichten, gleichzeitig anhängigen provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/574,278, eingereicht am 24. Mai 2004; Seriennummer 60/574,616, eingereicht am 25. Mai 2004; Seriennummer 60/582,138, eingereicht am 22. Juni 2004; Seriennummer 60/582,728, eingereicht am 24. Juni 2004; Seriennummer 60/582,730, eingereicht am 24. Juni 2004; Seriennummer 60/612,352, eingereicht am 22. September 2004; Seriennummer 60/626,013, eingereicht am 05. November 2004; Seriennummer 60/626,230, eingereicht am 09. November 2004; und Seriennummer 60/643,396, eingereicht am 12. Januar 2005, deren Gesamtinhalt insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
Die vorliegende Anmeldung betrifft weiterhin die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/720,027, eingereicht am 20. November 2003, welche den Zeitrang der vorher eingereichten, gleichzeitig anhängigen provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/428,358 beansprucht, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/428,450, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/428,452, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/440,692, eingereicht am 17. Januar 2003; Seriennummer 60/440,693, eingereicht am 17. Januar 2003; Seriennummer 60/523,716, eingereicht am 19. November 2003; und Seriennummer 60/523,712, eingereicht am 19. November 2003, deren Gesamtinhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
Die vorliegende Anmeldung betrifft weiterhin die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/719,680, eingereicht am 20. November 2003, die den Zeitrang der vorher eingereichten, gleichzeitig anhängigen, provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/428,358 beansprucht, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/428,450, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/428,452, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/440,692, eingereicht am 17. Januar 2003, Seriennummer 60/440,693, eingereicht am 17. Januar 2003; Seriennummer 60/523,716, eingereicht am 19. November 2003; und Seriennummer 60/523,712, eingereicht am 19. November 2003, deren Gesamtinhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft weiterhin die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/721,800, eingereicht am 24. November 2003, die den Zeitrang der früher eingereichten, gleichzeitig anhängigen, provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/428,356 beansprucht, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/428,358, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/428,450, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/428,452, eingereicht am 22. November 2002; Seriennummer 60/440,692, eingereicht am 17. Januar 2003; Seriennummer 60/440,693, eingereicht am 17. Januar 2003; Seriennummer 60/523,712, eingereicht am 19. November 2003; und Seriennummer 60/523,716, eingereicht am 19. November 2003, deren Gesamtinhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und ein System zum Schutz von Batterien, und spezieller ein Verfahren und ein System zum Schutz von Batterien von Elektrowerkzeugen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schnurlose Elektrowerkzeuge werden typischerweise von tragbaren Batteriesätzen mit Energie versorgt. Diese Batteriesätze weisen einen Bereich der chemischen Eigenschaften der Batterien und der Nennspannung auf, und können dazu eingesetzt werden, zahlreiche Werkzeuge und elektrische Geräte zu versorgen. Typischerweise sind die chemischen Eigenschaften der Batterie einer Elektrowerkzeugbatterie entweder Nickel-Cadmium ("NiCd"), Nickel-Metallhydrid ("NiMH"), oder Blei-Säure. Von derartigen chemischen Eigenschaften ist bekannt, dass sie robust und dauerhaft sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Einige chemische Eigenschaften von Batterien (beispielsweise auf Grundlage der Chemie von Lithium ("Li"), Lithium-Ion ("Li-Ion") und andere chemische Eigenschaften auf Lithiumgrundlage) benötigen exakte Ladeschemata und Ladevorgänge mit gesteuerter Entladung. Unzutreffende Ladeschemata und unkontrollierte Entladeschemata können zu einer zu starken Wärmeentwicklung führen, zu einem zu stark geladenen Zustand und/oder zu einem zu stark entladenen Zustand. Diese Zustände und Entwicklungen können die Batterien irreversibel beschädigen, und können deutlich die Batteriekapazität beeinflussen. Verschiedene Faktoren, beispielsweise eine zu starke Wärmeentwicklung, können dazu führen, dass eine oder mehrere Zellen in dem Batteriesatz aus dem Gleichgewicht geraten, also einen momentanen Ladungszustand aufweisen, der wesentlich niedriger ist als bei den übrigen Zellen in dem Satz. Zellen außerhalb des Gleichgewichts können ernsthaft die Leistung des Batteriesatzes beeinträchtigen (also die Laufzeit und/oder die Spannungsabgabe), und können die Lebensdauer des Batteriesatzes verkürzen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren zum Schutz von Batterien zur Verfügung. Bei einer Konstruktion und bei einigen Aspekten stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren zur Überwachung der Temperatur einer Batterie zur Verfügung. Bei einer anderen Konstruktion und bei einigen Aspekten stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren zur Übertragung von Wärme innerhalb eines Batteriesatzes zur Verfügung. Bei einer anderen Konstruktion und bei einigen Aspekten stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren zur Übertragung von Wärme innerhalb eines Batteriesatzes über ein Phasenänderungsmaterial zur Verfügung. Bei einer weiteren Konstruktion und bei einigen Aspekten stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren zur Überwachung des Zellenungleichgewichts zur Verfügung. Bei noch einer anderen Konstruktion und bei einigen Aspekten stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines elektrischen Geräts auf Grundlage der Temperatur einer Batterie und/oder des Zellenungleichgewichts zur Verfügung. Bei einer anderen Konstruktion und bei einigen Aspekten stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren zur Bestimmung des momentanen Ladezustands der Batterie zur Verfügung und zum Anzeigen oder Darstellen des momentanen Ladungszustands einer Batterie. Bei noch einer anderen Konstruktion und bei einigen Aspekten stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren zur Unterbrechung des Entladestroms auf Grundlage der Batterietemperatur zur Verfügung.
Unabhängige Merkmale und unabhängige Vorteile der Erfindung werden Fachleuten auf diesem Gebiet unter Berücksichtigung der detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht einer Batterie.
2 ist eine Perspektivansicht einer anderen Batterie.
3 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie.
4 ist eine Perspektivansicht einer Batterie, beispielsweise der in 3 gezeigten Batterie, im Einsatz bei einem ersten elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektrowerkzeug.
5 ist eine Perspektivansicht einer Batterie, beispielsweise der in 3 gezeigten Batterie, im Einsatz bei einem zweiten elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektrowerkzeug.
6A ist eine schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der Batterien, die in den 1-3 gezeigt sind.
6B ist eine andere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
6C ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der Batterien, die in den 1-3 gezeigt sind.
6D ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
7 ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
8 ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
9 ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien,
10 ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
11A ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
11B ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
11C ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
11D ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
11E ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
11F ist eine weitere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
12A-C sind weitere schematische Ansichten einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
13A ist eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, wobei Abschnitte entfernt sind, und erläutert den FET und den Kühlkörper.
13B ist eine Aufsicht auf den in 13A gezeigten Abschnitt der Batterie.
13C ist eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, wobei Abschnitte entfernt sind, und erläutert den FET, den Kühlkörper und elektrische Verbindungen innerhalb der Batterie.
14A-E sind Ansichten von Abschnitten der in 13A gezeigten Batterie.
15 ist eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, wobei Abschnitte entfernt sind, und erläutert den FET und den Kühlkörper.
16 ist eine andere Perspektivansicht eines Abschnitts einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, wobei Abschnitte entfernt sind, und erläutert den FET und den Kühlkörper.
17 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer alternativen Konstruktion einer Batterie, die ein Phasenänderungsmaterial aufweist.
18 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer anderen, alternativen Konstruktion einer Batterie, die ein Phasenänderungsmaterial und einen Kühlkörper aufweist.
19 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer weiteren, alternativen Konstruktion einer Batterie, die ein Phasenänderungsmaterial und einen Kühlkörper aufweist.
20A-B sind perspektivische Querschnittsansichten eines Abschnitts einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, wobei Abschnitte entfernt sind.
21A-C sind schematische Ansichten einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, im Einsatz bei einem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektrowerkzeug.
22 ist eine andere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, im Einsatz bei einem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektrowerkzeug.
23 ist eine weitere, schematische Darstellung einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, im Einsatz bei einem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektrowerkzeug.
24 ist eine Seitenansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, im Einsatz bei einem anderen elektrischen Gerät, beispielsweise einem Batterieladegerät.
25 ist eine teilweise schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
26-27 sind Diagramme zur Erläuterung der Zellenspannung und eines Verhältnisses von Zellenspannungen im Verlauf der Zeit.
28 ist eine schematische Darstellung einer Konstruktion eines Batterieladesystems.
29 ist eine schematische Darstellung einer anderen Konstruktion des Batterieladesystems.
30A-B erläutern den Betriebsablauf des Batterieladesystems, wie es in 29 gezeigt ist.
31 ist eine schematische Darstellung einer Batterie nach dem Stand der Technik.
32 ist eine schematische Darstellung einer Batterie, die bei einer weiteren Konstruktion des Batterieladesystems vorgesehen ist.
33 ist eine schematische Darstellung eines Batterieladegeräts nach dem Stand der Technik.
34 ist eine schematische Darstellung eines Batterieladegeräts.
35 ist eine Perspektivansicht einer Batterie.
36 ist eine Aufsicht auf die in 35 gezeigte Batterie.
37 ist eine Ansicht von hinten der in 35 gezeigten Batterie.
38 ist eine Perspektivansicht von hinten der Klemmenbaugruppe der in 35 gezeigten Batterie.
39 ist eine Perspektivansicht von vorn der Klemmenbaugruppe der in 35 gezeigten Batterie.
40 ist eine Seitenansicht der in 35 gezeigten Batterie und eines elektrischen Bauteils, beispielsweise eines Batterieladegeräts.
41 ist eine schematische Darstellung der Batterie und des Batterieladegeräts, die in 40 gezeigt sind.
42 ist eine Perspektivansicht des in 40 gezeigten Batterieladegeräts.
43 ist eine weitere Perspektivansicht des in 40 gezeigten Batterieladegerätes.
44 ist eine Aufsicht auf das in 40 gezeigte Batterieladegerät.
45 ist eine Perspektivansicht der Klemmenbaugruppe des in 40 gezeigten Batterieladegeräts.
46 ist eine Perspektivansicht des inneren Abschnitts des Gehäuses des in 40 gezeigten Batterieladegeräts.
47 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Abschnitts des in 46 gezeigten Batterieladegeräts, und erläutert die Klemmenbaugruppe des Batterieladegeräts.
48A ist eine Perspektivansicht eines elektrischen Geräts, beispielsweise eines Elektrowerkzeugs, zum Einsatz bei der in 35 gezeigten Batterie.
48B ist eine Perspektivansicht des Halterungsabschnitts des in 48A gezeigten Elektrowerkzeugs.
49 ist eine Ansicht der rechten Seite der in 35 gezeigten Batterie.
50 ist eine Ansicht der linken Seite der in 35 gezeigten Batterie.
51 ist eine Ansicht von vorn der in 35 gezeigten Batterie.
52 ist eine Ansicht von unten der in 35 gezeigten Batterie.
53 ist eine Perspektivansicht von vorn einer alternativen Konstruktion einer Batterie.
54 ist eine Perspektivansicht von hinten der in 53 gezeigten Batterie.
55 ist eine Aufsicht auf die in 53 gezeigte Batterie.
56 ist eine Ansicht von hinten der in 53 gezeigten Batterie.
57 ist eine Perspektivansicht von vorn einer Batterie nach dem Stand der Technik.
58 ist eine Perspektivansicht von hinten der in 57 gezeigten Batterie.
59 ist eine Aufsicht auf die in 57 gezeigte Batterie.
60 ist eine Ansicht von hinten der in 57 gezeigten Batterie.
61 ist eine schematische Darstellung der in 57 gezeigten Batterie nach dem Stand der Technik und des in 40 gezeigten Batterieladegeräts.
62 ist eine Perspektivansicht eines Batterieladegerätes nach dem Stand der Technik.
63 ist eine Seitenansicht des in 62 gezeigten Batterieladegeräts.
64 ist eine andere Ansicht des in 62 gezeigten Batterieladegeräts.
65 ist eine schematische Darstellung der in 57 gezeigten Batterie nach dem Stand der Technik und des in 62 gezeigten Batterieladegeräts nach dem Stand der Technik.
66 ist eine graphische Darstellung einer ersten Betriebsart für eine Batterie, beispielsweise eine der in den 1-3 gezeigten Batterien.
67 ist eine graphische Darstellung einer zweiten Betriebsart für eine Batterie, beispielsweise eine der in den 1-3 gezeigten Batterien.
68 ist eine andere schematische Ansicht einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien, im Einsatz bei einem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektrowerkzeug.
69 ist eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
70 ist eine Perspektivansicht eines anderen Abschnitts einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
71 ist eine Perspektivansicht eines weiteren Abschnitts einer Batterie, beispielsweise einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
72 ist eine Perspektivansicht einer anderen Batterie.
73 ist eine Perspektivansicht einer anderen Batterie.
74 ist eine Seitenansicht einer Batterie, beispielsweise der in 73 gezeigten Batterie.
75 ist eine Aufsicht auf eine Aufstandsfläche einer Batterie, beispielsweise der in den 72 und 73 gezeigten Batterie.
76 ist eine Perspektivansicht einer Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
77 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
78 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
79 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
80 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
81 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
82 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
83 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
84 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
85 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
86 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
87 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Batterie, gestrichelt dargestellt, und erläutert eine Batteriezellenanordnung.
88 ist eine schematische Darstellung einer in einer Batterie vorgesehenen Mikrosteuerung, beispielsweise bei einer der in den 1-3 gezeigten Batterien.
89 ist eine Darstellung zur Erläuterung von Betriebsarten einer Mikrosteuerung, beispielsweise der in 88 gezeigten Mikrosteuerung.
90 ist eine graphische Darstellung einer dritten Betriebsart für eine Batterie, beispielsweise für eine der in den 1-3 gezeigten Batterien.
91 ist eine Perspektivansicht von vorn eines Batteriesatzes.
92 ist eine Perspektivansicht von hinten des Batteriesatzes von 91.
93 ist eine Vorderansicht des Batteriesatzes von 91.
94 ist eine Ansicht von hinten des Batteriesatzes von 91.
95 ist eine Ansicht der linken Seite des Batteriesatzes von 91.
96 ist eine Ansicht von rechts des Batteriesatzes von 91.
97 ist eine Aufsicht auf den Batteriesatz von 91.
98 ist eine Ansicht von unten des Batteriesatzes von 91.
99 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung des Batteriesatzes von 91.
100 ist eine Perspektivansicht, teilweise in Explosionsdarstellung, des Batteriesatzes von 91.
101 ist eine andere Perspektivansicht, teilweise in Explosionsdarstellung, des Batteriesatzes von 91.
102 ist eine weitere Perspektivansicht, teilweise in Explosionsdarstellung, des Batteriesatzes von 91.
103 ist eine Perspektivansicht einer Batterie, die an ein Lesegerät angeschlossen ist.
104 ist eine Ansicht von vorn einer Batterie und eines Lesegerätes, beispielsweise der Batterie und des Lesegerätes von 103.
105 ist eine Seitenansicht einer Batterie und eines Lesegerätes, beispielsweise der Batterie und des Lesegerätes von 103.
Bevor irgendwelche Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrem Einsatz nicht auf die konstruktiven Einzelheiten und die Anordnung von Bauteilen beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung angegeben werden, oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung kann mit anderen Konstruktionen verwirklicht werden, und kann auf verschiedene Arten und Weisen in die Praxis umgesetzt werden. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe und Terme, die hier verwendet werden, zum Zwecke der Beschreibung dienen, und nicht als einschränkend verstanden werden sollen. Die Verwendung von "aufweisen", "enthalten" oder "haben" und entsprechender Variationen soll die nachstehend angegebenen Einzelheiten und deren Äquivalente umfassen, sowie zusätzliche Einzelheiten. Die Begriffe "angebracht", "verbunden" und "gekuppelt" werden mit weiter Bedeutung verwendet, und umfassen sowohl eine direkte und indirekte Montage, Verbindung und Kupplung. Weiterhin sind "angeschlossen" und "gekuppelt" nicht auf körperliche oder mechanische Verbindungen oder Kupplungen beschränkt, und können elektrische Verbindungen und Kupplungen umfassen, ob sie nun direkt oder indirekt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Batteriesatz oder eine Batterie 50 ist in den 1-3 dargestellt. Die Batterie 50 kann so ausgebildet sein, dass sie Energie an ein oder mehrere elektrische Geräte überträgt und von diesen empfängt, beispielsweise einem Elektrowerkzeug 55 (gezeigt in den 4-5), einem Batterieladegerät 60 (gezeigt in 24), und dergleichen. Wie aus den in den 4 und 5 gezeigten Konstruktionen hervorgeht, kann die Batterie 50 Energie an verschiedene Elektrowerkzeuge übertragen, beispielsweise an eine Kreissäge 56, eine Bohrmaschine 58, eine Fuchsschwanzsäge (nicht gezeigt), eine Bandsäge (nicht gezeigt), einen Schlagschrauber (nicht gezeigt), einen im rechten Winkel arbeitenden Bohrer (nicht gezeigt), eine Arbeitsleuchte (nicht gezeigt), und dergleichen. Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Batterie 50 einen hohen Entladungsstrom an elektrische Geräte liefern, beispielsweise ein Elektrowerkzeug 55, die hohe Stromentladungsraten aufweisen. Die Batterie 50 kann beispielsweise einen weiten Bereich von Elektrowerkzeugen 55 mit Energie versorgen, einschließlich einer Kreissäge 56, einer Bohrmaschine 58, und dergleichen, wie in den 4 und 5 gezeigt, und voranstehend erwähnt.
Bei anderen Konstruktionen kann der Batteriesatz 50 so ausgebildet sein, dass er Energie an verschiedene elektrische Hochleistungsgeräte überträgt, beispielsweise: verschiedene Elektrowerkzeuge einschließlich von Elektrowerkzeugen, die bei der Herstellung und dem Zusammenbau verwendet werden; Gartengeräte einschließlich Werkzeuge, die in der Landwirtschaft eingesetzt werden; tragbare Beleuchtungs-, Signalvorrichtungen und Blitzlichter; motorisierte Fahrzeuge einschließlich mit Strom angetriebene Motorroller, Mopeds, motorisierte Karren, und dergleichen; Staubsauger und andere mit Strom betriebene Haushalts- und Industriegeräte, Werkzeuge, und Vorrichtungen; mit Strom betriebene Spielzeuge; ferngesteuerte Flugzeuge, Kraftfahrzeuge, und andere Fahrzeuge, sowie Hilfsmotoren und dergleichen. Der Batteriesatz 30 kann beispielsweise einen mittleren Entladungsstrom liefern, der größer oder gleich annähernd 20 A ist, und kann eine Amperestundenkapazität von etwa 3,0 A-h aufweisen. Bei anderen Konstruktionen kann die Batterie 50 einen mittleren Entladungsstrom liefern, der größer oder gleich etwa 15 A ist. Bei weiteren Konstruktionen kann die Batterie 50 eine unterschiedliche Amperestundenkapazität aufweisen, beispielsweise etwa 2,5 A-h oder etwa 2,8 A-h für Batteriezellen 80, die in Reihe geschaltet sind, oder etwa 1,3 A-h oder etwa 1,5 A-h für parallel geschaltete Batteriezellen 80.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Batterie 50 jegliche chemische Eigenschaften einer Batterie aufweisen, beispielsweise chemische Eigenschaften auf Grundlage von Blei-Säure, Nickel-Cadmium ("NiCd"), Nickel-Metallhydrid ("NiMH"), Lithium ("Li"), Lithium-Ion ("Li-Ion"), andere chemische Eigenschaften auf Lithiumgrundlage, oder andere chemische Eigenschaften einer wieder aufladbaren oder nicht-wieder aufladbaren Batterie. Bei den dargestellten Konstruktionen kann die Batterie 50 chemische Eigenschaften einer Batterie von Li, Li-Ion oder auf anderer Li-Grundlage aufweisen, und kann einen mittleren Entladungsstrom liefern, der größer oder gleich etwa 20 A ist. So kann beispielsweise bei der dargestellten Konstruktion die Batterie 50 chemische Eigenschaften auf Grundlage von Lithium-Kobalt ("Li-Co") aufweisen, Lithium-Mangan-("Li-Mn")-Spinell, oder Li-Mn-Nickel.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Batterie 50 weiterhin jede Nennspannung aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann beispielsweise die Batterie 50 eine Nennspannung von etwa 9,6 V aufweisen. Bei anderen Konstruktionen kann die Batterie 50 beispielsweise eine Nennspannung bis zu etwa 50 V aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann die Batterie 50 beispielsweise eine Nennspannung von etwa 21 V aufweisen. Bei anderen Konstruktionen kann die Batterie 50 beispielsweise eine Nennspannung von etwa 28 V aufweisen.
Die Batterie 50 weist weiterhin ein Gehäuse 65 auf, welches Klemmenhalterungen 70 zur Verfügung stellen kann. Die Batterie 50 kann weiterhin eine oder mehrere Batterieklemmen (nicht in den 1-5 gezeigt) aufweisen, die durch die Klemmenhalterungen 70 gehaltert werden, und an ein elektrisches Gerät anschließbar sind, beispielsweise das Elektrowerkzeug 55, das Batterieladegerät 60, und dergleichen.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann das Gehäuse 65 im wesentlichen eine Unterstützungsschaltung umschließen, die elektrisch an eine oder mehrere Batterieklemmen angeschlossen ist. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung eine Mikrosteuerung oder einen Mikroprozessor enthalten. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung mit den elektrischen Geräten kommunizieren, beispielsweise einem Elektrowerkzeug 55 (beispielsweise einer Kreissäge 56, einer Bohrmaschine 58, und dergleichen), einem Batterieladegerät 60, und dergleichen, und kann Informationen den Geräten zur Verfügung stellen, einschließlich einer oder mehrerer Batterieeigenschaften oder -zustände, beispielsweise in Bezug auf die Nennspannung der Batterie 50, die Temperatur der Batterie 50, die chemischen Eigenschaften der Batterie 50, und entsprechende Eigenschaften, wie dies nachstehend erläutert wird. Bei weiteren Konstruktionen kann die in der Batterie 50 enthaltene Schaltung auch Information von dem Gerät empfangen, beispielsweise einem Elektrowerkzeug 55 (beispielsweise einer Kreissäge 56, einer Bohrmaschine 58, und dergleichen), einem Batterieladegerät 60 und dergleichen, in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften oder Zustände des Geräts, beispielsweise in Bezug auf die Art des Geräts (beispielsweise Batterieladegerät 60, Kreissäge 56, Bohrmaschine 58, und dergleichen), die Anforderungen in Bezug auf die Leistung, den Strom und/oder die Spannung des Geräts, Schwellen für den Batteriebetrieb, Abtastraten, und dergleichen.
Die Batterie 50 ist schematisch in den 6A-D, 7-10, 11A-D und 12A-C dargestellt, und Abschnitte der Batterie 50 sind in den 13-16 und 20A-B dargestellt. Wie gezeigt, kann die Batterie 50 eine oder mehrere Batteriezellen 80 enthalten, die jeweils chemische Eigenschaften und eine Nennspannung aufweisen. Weiterhin kann jede Batteriezelle 80 ein positives Ende 90 und ein negatives Ende 95 aufweisen. Bei einigen Konstruktionen, beispielsweise bei den Konstruktionen, die in den 6A und C gezeigt sind, kann die Batterie 50 chemische Eigenschaften der Batterie von Li-Ion aufweisen, eine Nennspannung von etwa 18 V oder etwa 21 V (abhängig beispielsweise von der Art der Batteriezelle), und kann fünf Batteriezellen 80a, 80b, 80c, 80d und 80e aufweisen. Bei anderen Konstruktionen, beispielsweise den in den 6B und D gezeigten Konstruktionen, kann die Batterie 50 chemische Eigenschaften der Batterie von Li-Ion aufweisen, eine Nennspannung von etwa 24 V, etwa 25 V oder etwa 28 V (abhängig beispielsweise von der Art der Batteriezelle), und kann sieben Batteriezellen 80a, 80b, 80c, 80d, 80e, 80f und 80g aufweisen. Bei weiteren Konstruktionen kann die Batterie 50 mehr oder weniger Batteriezellen 80 wie gezeigt und beschrieben aufweisen. Bei einem Beispiel für eine Konstruktion weist jede Batteriezelle 80 chemische Eigenschaften von Li-Ion auf, und hat jede Batteriezelle 80 im wesentlichen die gleiche Nennspannung, beispielsweise etwa 3,6 V, etwa 4 V oder etwa 4,2 V.
Bei einigen Konstruktionen können zwei oder mehr Batteriezellen 80 in Reihe geschaltet sein, wobei das positive Ende 90 einer Batteriezelle 80 elektrisch mit dem negativen Ende 95 einer anderen Batteriezelle 80 verbunden ist, wie in den 6A und C gezeigt. Die Batteriezellen 80 können elektrisch durch eine leitfähige Lasche oder einen leitfähigen Streifen 100 verbunden sein. Bei anderen Konstruktionen können die Batteriezellen 80 auf andere Art und Weise angeordnet sein, beispielsweise parallel, wobei die positiven Enden 90 der Batteriezellen 80a-e elektrisch miteinander verbunden sind, und die negativen Enden 95 der Batteriezellen 80a-e elektrisch miteinander verbunden sind, oder in einer Kombination von Reihen- und Parallelschaltung. Wie in den 6B und D gezeigt, können die Batteriezellen 80 individuell an eine Schaltung 130 angeschlossen sein. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 die Batteriezellen 80 in verschiedenen Anordnungen konfigurieren, beispielsweise in einer parallelen Anordnung, einer Reihenschaltungsanordnung (wie bei der Gruppe der Batteriezellen 80, die in den 6A und C gezeigt ist), in einer individuellen Anordnung (also Abziehen von Strom von oder Liefern von Strom an eine einzelne Batteriezelle 80), einer teilweisen parallelen Anordnung (also Anordnen einiger der Batteriezellen 80 in Reihenschaltung), einer teilweisen Reihenschaltungsanordnung (also Anordnen einiger der Batteriezellen in Parallelschaltung), oder einer Kombination aus Reihenschaltungs-, teilweisen Reihenschaltungs-, Parallelschaltungs- und teilweisen Parallelschaltungsanordnungen. Bei einigen Konstruktionen kann eine Schaltung 130, die in der Batterie 50 vorgesehen ist, die Anordnungen dauerhaft über Software (beispielsweise ein Programm, das von einem Prozessor ausgeführt wird, beispielsweise dem nachstehend erläuterten Mikroprozessor 140) oder Hardware einrichten. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 die Anordnungen über Software oder Hardware abändern (beispielsweise einen oder mehrere Schalter, Logikbauteile, und dergleichen).
Die Batterie 50 kann auch einen Klemmenblock 105 aufweisen, der die eine oder die mehreren Batterieklemmen enthalten kann, die von den Klemmenhalterungen 70 (gezeigt in 1) gehaltert werden. Bei einigen Konstruktionen ist der Klemmenblock 105 schwebend in Bezug auf das Gehäuse 65 der Batterie 50 ausgebildet, wie nachstehend erläutert. Bei der dargestellten Konstruktion kann der Klemmenblock 105 eine positive Klemme 110 aufweisen, eine negative Klemme 115, und eine Abtastklemme 120. Die positive Klemme 110 kann elektrisch mit dem positiven Ende 90 einer ersten Batteriezelle 80a verbunden sein, und die negative Klemme 115 kann elektrisch mit dem negativen Ende 95 einer zweiten Batteriezelle 80e (oder Batteriezelle 80g) verbunden sein. Bei den dargestellten Konstruktionen ist die erste Batteriezelle 80a die erste Zelle der Batteriezellen 80, die in Reihe geschaltet werden sollen, und ist die zweite Batteriezelle 80e oder 80g die letzte Zelle der Batteriezellen 80a-e oder 80a-g, die in Reihenschaltung verbunden werden sollen.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Batterie 50 weiterhin eine andere Abtastklemme zusätzlich zur Abtastklemme 120 aufweisen, wie nachstehend erläutert. Die zusätzliche Abtastklemme (oder zusätzlichen Abtastklemmen) kann einen anderen Kommunikationsweg zwischen dem elektrischen Gerät (beispielsweise der Kreissäge 56, der Bohrmaschine 58, dem Batterieladegerät 60, und dergleichen) und der Batterie 50 zur Verfügung stellen.
Wie voranstehend erläutert, kann die Batterie 50 eine Schaltung 130 aufweisen. Die Schaltung 130 kann elektrisch mit einer oder mehreren Batteriezellen 80 verbunden sein, und kann elektrisch mit einer oder mehreren Batterieklemmen des Klemmenblocks 105 verbunden sein. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 Bauteile enthalten, um die Leistung der Batterie 50 zu erhöhen. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 Bauteile enthalten, um Batterieeigenschaften zu überwachen, eine Spannungserfassung zur Verfügung zu stellen, Batterieeigenschaften zu speichern, Batterieeigenschaften anzuzeigen, einem Benutzer bestimmte Batterieeigenschaften mitzuteilen, den Strom in der Batterie 50 zu unterbrechen, die Temperatur der Batterie 50 zu erfassen, der Batteriezellen 80 und dergleichen, und um Wärme von der Batterie 50 oder innerhalb von dieser zu übertragen. Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten enthält die Schaltung 130 eine Spannungsdetektorschaltung, eine Spannungserhöhungsschaltung, eine Ladezustandsanzeige, und dergleichen, wie nachstehend erläutert. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 an eine Leiterplatte ("PCB") 145 angeschlossen sein, wie nachstehend erläutert. Bei anderen Konstruktionen kann die Schaltung 130 an eine flexible Schaltung 145a angeschlossen sein. Bei einigen Konstruktionen kann die flexible Schaltung 145a um eine oder mehrere Zellen 80 herumgeschlungen sein, oder um das Innere des Gehäuses 65 herumgeschlungen sein.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Schaltung 130 weiterhin einen Mikroprozessor 140 aufweisen. Der Mikroprozessor 140 kann Batterieeigenschaften oder Batterieidentifizierungsinformation speichern, beispielsweise chemische Eigenschaften der Batterie, Nennspannung, und dergleichen. Bei anderen Konstruktionen und anderen Aspekten kann der Mikroprozessor 140 zusätzliche Batterieeigenschaften speichern, beispielsweise die Batterietemperatur, die Umgebungstemperatur, die Anzahl an Malen, welche die Batterie 50 geladen wurde, die Anzahl an Malen, welche die Batterie 50 entladen wurde, verschiedene Überwachungsschwellen, verschiedene Entladeschwellen, verschiedene Ladeschwellen, und dergleichen, und kann Information über den Mikroprozessor selbst und seinen Betrieb speichern, beispielsweise die Häufigkeit und/oder Anzahl an Malen, an welchen Batterieeigenschaften berechnet wurden, die Anzahl an Malen, an welchen der Mikroprozessor 140 die Batterie 50 abschaltete, und dergleichen. Der Mikroprozessor 140 kann auch andere elektrische Bauteile der Schaltung 30 steuern, die in der Batterie 50 vorgesehen ist, wie nachstehend erläutert.
Bei der dargestellten Konstruktion und bei einigen Aspekten kann der Mikroprozessor 140 elektrisch an die PCB 145 angeschlossen sein. Bei der dargestellten Konstruktion kann die PCB 145 die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen dem Mikroprozessor 140 und den Klemmen 110, 115 und 120, den Batteriezellen 80a-g und anderen in der Batterie 50 enthaltenen, elektrischen Bauteilen herstellen, wie nachstehend erläutert. Bei anderen Konstruktionen kann die PCB 145 zusätzliche Schaltungen und/oder Bauteile aufweisen, beispielsweise zusätzliche Mikroprozessoren, Transistoren, Dioden, Strombegrenzungsbauteile, Kondensatoren, usw.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Schaltung 130 auch eine Temperaturmessvorrichtung aufweisen, beispielsweise einen Thermistor 150. Bei anderen Konstruktionen kann die Batterie 50 einen Thermostaten (nicht gezeigt) aufweisen. Die Temperaturmessvorrichtung kann die Temperatur einer oder mehrerer Batteriezellen 80a-g messen, die in der Batterie 50 enthalten sind, kann die Temperatur der Batterie 50 insgesamt messen, oder kann die Umgebungstemperatur und dergleichen messen. Bei einigen Konstruktionen kann der Widerstandswert der Temperaturmessvorrichtung, beispielsweise des Thermistors 150, die Temperatur der einen oder mehreren Batteriezellen 80a-g anzeigen, die gemessen werden, und kann sich ändern, wenn sich die Temperatur der einen oder mehreren Batteriezellen 80a-g ändert. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 die Temperatur der einen oder mehreren Batteriezellen 80a-g auf Grundlage des Widerstandswertes des Thermistors 150 bestimmen. Der Mikroprozessor 140 kann auch die zeitliche Änderung der Temperatur durch Überwachung des Thermistors 150 im Verlauf der Zeit überwachen. Der Mikroprozessor 140 kann auch die Temperaturinformation an ein elektrisches Gerät schicken, beispielsweise das Elektrowerkzeug 55 und/oder das Batterieladegerät 60, und/oder die Temperaturinformation dazu verwenden, bestimmte Funktionen einzuleiten, oder andere Bauteile in der Batterie 50 zu steuern, wie nachstehend erläutert. Wie in der dargestellten Konstruktion gezeigt, ist der Thermistor 150 auf der PCB 145 angebracht.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Schaltung 130 auch einen momentanen Zustand einer Ladungsanzeige aufweisen, beispielsweise eine Energievorratsanzeige 155, die in den dargestellten Konstruktionen gezeigt ist. Die Energievorratsanzeige 155 kann eine Anzeige mit Lichtemitterdioden ("LED") aufweisen, die den momentanen Zustand der Ladung der Batterie 50 anzeigt. Bei anderen Konstruktionen kann die Energievorratsanzeige 155 eine Matrixanzeige aufweisen. Wie in den 1-3 gezeigt, kann die Energievorratsanzeige 155 auf einer oberen Oberfläche 157 des Batteriegehäuses 65 angeordnet sein. Bei anderen Konstruktionen kann die Energievorratsanzeige 155 irgendwo auf dem Gehäuse 65 angeordnet sein, beispielsweise auf einer unteren Oberfläche 158 des Gehäuses 65, auf einer der Seiten 159 des Gehäuses 65, auf der unteren Oberfläche 161 des Gehäuses, auf der rückwärtigen Oberfläche 162 des Gehäuses 65, auf zwei oder mehr der Oberflächen oder Seiten des Gehäuses 65, und dergleichen. Bei weiteren Konstruktionen kann eine Energievorratsanzeige 155a, ähnlich der Energievorratsanzeige 155, auf dem elektrischen Gerät angeordnet sein, beispielsweise einem Elektrowerkzeug 55 (gezeigt in 21C). Die Energievorratsanzeige 155a kann von einer Schaltung 420 (gezeigt in 21C) betrieben werden, die in dem Elektrowerkzeug 55 vorhanden ist, oder von der Mikrosteuerung 140 (oder Schaltung 130) betrieben werden, die in der Batterie 50 enthalten ist.
Bei einigen Konstruktionen kann die Vorratsanzeige 155 über einen Druckknopfschalter 160 freigeschaltet werden, der sich auf dem Gehäuse 65 der Batterie 50 befindet. Bei anderen Konstruktionen kann die Vorratsanzeige automatisch aktiviert werden, durch einen vorbestimmten Zeitraum, gezählt von einem Zeitgeber, durch eine vorher festgelegte Batterieeigenschaft, und dergleichen. Bei der dargestellten Konstruktion kann die Vorratsanzeige 155 elektrisch mit dem Mikroprozessor 140 über ein Bandkabel 165 verbunden werden, und kann vier LEDs 170a, 170b, 170c und 170d enthalten, welche die LED-Anzeige zur Verfügung stellen.
Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 den momentanen Zustand der Ladung der Batterie 50 feststellen (also wie viel Ladung noch in der Batterie 50 ist), wenn der Druckknopf 160 gedrückt wird, und gibt das Ladungsniveau an die Energievorratsanzeige 155 aus. Beispielsweise werden, wenn der momentane Ladungszustand der Batterie 50 annähernd gleich 100 % ist, sämtliche LEDs 170a, 170b, 170c und 170d von dem Mikroprozessor 140 eingeschaltet. Ist der momentane Ladungszustand der Batterie annähernd gleich 50 %, werden nur zwei der LEDs eingeschaltet, beispielsweise die LEDs 170a und 170b. Ist der momentane Ladungszustand der Batterie 50 annähernd gleich 25 %, wird nur eine der LEDs eingeschaltet, beispielsweise die LED 170a.
Bei einigen Konstruktionen kann der Ausgabewert auf der Energievorratsanzeige 155 über annähernd einen vorher festgelegten Zeitraum angezeigt werden (also einen "Anzeigezeitraum"), nachdem der Druckknopf 160 am Anfang heruntergedrückt wurde. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 die Energievorratsanzeige 155 sperren, oder einen Ausgabewert von Null für den momentanen Ladungszustand ausgeben, wenn die Temperatur einer oder mehrerer Batteriezellen 80a-g eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 die Energievorratsanzeige 155 sperren, oder einen Wert von Null für den momentanen Ladungszustand ausgeben, wenn eine abnorme Batterieeigenschaft wie beispielsweise eine hohe Batterietemperatur festgestellt wird, selbst wenn bei der Batterie 50 ein relativ hohes Restladungsniveau vorhanden ist. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 die Energievorratsanzeige 155 sperren, oder einen Wert von Null für den momentanen Ladungszustand ausgeben, wenn der momentane Ladungszustand der Batterie 50 oder der momentane Ladungszustand einer oder mehreren Zellen 80a-g unter eine vorbestimmte Schwelle abfällt. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 die Energievorratsanzeige 155 sperren, oder einen Wert von Null für den momentanen Ladungszustand ausgeben, annähernd nach einem vorbestimmten Zeitraum (also einem "Abschaltzeitraum"), unabhängig davon, ob der Druckknopf 160 niedergedrückt bleibt oder nicht. Bei einigen Konstruktionen kann der Abschaltzeitraum im wesentlichen gleich dem Anzeigezeitraum sein, und bei anderen Konstruktionen kann der Abschaltzeitraum größer sein als der Anzeigezeitraum.
Bei einigen Konstruktionen schaltet der Mikroprozessor 140 nicht die Vorratsanzeige 155 frei, wenn der Druckknopf 160 während Zeiträumen heruntergedrückt wird, wenn die Batterie 50 aktiv ist (beispielsweise während des Ladens und/oder Entladens). Die Information in Bezug auf den momentanen Batterieladungszustand kann während dieser Zeiträume herunterdrückt werden, um einen fehlerhaften Zustand von Ladungswerten zu vermeiden. Bei diesen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 nur momentane Ladungszustandsinformation in Reaktion auf den niedergedrückten Druckknopf 160 zur Verfügung stellen, wenn der Strom durch die Batterie 50 (beispielsweise Ladestrom, Entladestrom, ein parasitärer Strom, usw.) unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt.
Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 die Energievorratsanzeige 155 freischalten, ob nun der Druckknopf 160 heruntergedrückt ist oder nicht, während Zeiträumen, in welchen die Batterie 50 aktiv ist (beispielsweise während des Ladens und/oder Entladens). Beispielsweise bei einer Konstruktion kann die Energievorratsanzeige 155 während des Aufladens betriebsfähig sein. Bei dieser Konstruktion kann der Mikroprozessor 140 automatisch die Energievorratsanzeige 155 freischalten, um den momentanen Ladungszustand der Batterie 50 kontinuierlich anzuzeigen, periodisch (beispielsweise nach bestimmten, vorbestimmten Zeitintervallen oder während Zeiträumen mit niedriger Stromabnahme oder Stromzufuhr), in Reaktion auf bestimmte Batterieeigenschaften (beispielsweise wenn der momentane Ladungszustand bestimmte, definierte Schwellen erreicht, beispielsweise bei jeder 5 %-tigen Zunahme des Ladungszustands), oder in Reaktion auf bestimmte Stufen, Betriebsarten, oder Änderungen des Ladungszyklus. Bei anderen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 die Energievorratsanzeige 155 in Reaktion auf das Niederdrücken des Druckknopfes 160 freischalten, wenn die Batterie 50 aktiv ist.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Energievorratsanzeige 155 über ein Berührungsfeld, einen Schalter oder dergleichen freigeschaltet werden. Bei anderen Konstruktionen kann die Batterie 50 einen anderen Druckknopf oder Schalter (nicht gezeigt) aufweisen, zum Freischalten und Sperren einer automatischen Anzeigebetriebsart. Bei diesen Konstruktionen kann ein Benutzer auswählen, ob die Schaltung 130 in einer automatischen Anzeigebetriebsart arbeiten soll, oder in einer Handanzeigebetriebsart arbeiten soll. Die automatische Anzeigebetriebsart kann umfassen, dass die Energievorratsanzeige 155 den momentanen Ladungszustand der Batterie 50 ohne Aktivierung durch den Benutzer anzeigt. Beispielsweise kann in der automatischen Anzeigebetriebsart die Energievorratsanzeige 155 den momentanen Ladungszustand der Batterie 50 periodisch anzeigen (beispielsweise nach bestimmten, vorbestimmten Zeitintervallen, in Reaktion auf bestimmte Batterieeigenschaften (beispielsweise wenn der momentane Ladungszustand bestimmte, definierte Schwellen erreicht, beispielsweise bei jeder Erhöhung um 5 % oder Verringerung des Ladungszustands), und dergleichen. Die Handanzeigebetriebsart kann umfassen, dass die Energievorratsanzeige 155 den momentanen Ladungszustand in Reaktion auf eine Aktivierung durch den Benutzer anzeigt, beispielsweise das Herunterdrücken des Druckknopfes 160. Bei einigen Konstruktionen kann der Druckknopf 160 gesperrt werden, wenn die Schaltung 130 in der automatischen Anzeigebetriebsart arbeitet. Bei anderen Konstruktionen kann der Druckknopf 160 immer noch die Energievorratsanzeige 155 freischalten, selbst wenn die Schaltung 130 in der automatischen Anzeigebetriebsart arbeitet. Bei weiteren Konstruktionen kann die automatische Anzeigebetriebsart freigeschaltet und gesperrt werden über den Druckknopf 160, ein Steuersignal von einem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektrowerkzeug 55 oder einem Batterieladegerät 60, und dergleichen.
Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 eine Spannungserhöhungsschaltung 171 aufweisen. Die Spannungserhöhungsschaltung 171 kann zusätzliche Energie für Bauteile zur Verfügung stellen, die in der Schaltung 130 enthalten sind, während Zeiträumen mit niedriger Batteriespannung, wie nachstehend erläutert. So kann beispielsweise der Mikroprozessor 140 eine Versorgungsspannung von etwa 3 V oder etwa 5 V benötigen, um arbeiten zu können. Wenn der momentane Ladungszustand der Batterie 50 auf unterhalb etwa 5 V oder etwa 3 V abfällt, kann sein, dass der Mikroprozessor 140 nicht ausreichend Energie empfängt, um zu arbeiten, und die restlichen, in der Schaltung 130 enthaltenen Bauteile zu steuern. Bei anderen Konstruktionen kann die Spannungserhöhungsschaltung 171 eine niedrigere Eingangsspannung in eine höhere Ausgangsspannung umwandeln, wie nachstehend erläutert.
Verschiedene Konstruktionen der Spannungserhöhungsschaltung 171 sind in den 11A-F dargestellt. Bei einer Konstruktion, beispielsweise der in 11A gezeigten Konstruktion, kann die Spannungserhöhungsschaltung 171a eine Energieversorgungsquelle oder ein Leistungsbauteil aufweisen, beispielsweise eine andere Batteriezelle 172. Bei einigen Konstruktionen kann die Batteriezelle 172 unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen, eine unterschiedliche Nennspannung und dergleichen, als die Batteriezellen 80, die in Reihe geschaltet sind. So kann beispielsweise die Batteriezelle 172 eine Zelle mit 1,2 V des Typs Li-Ion sein.
Bei einigen Konstruktionen kann die Spannungserhöhungsschaltung 171a nur Energie dem Rest der Schaltung 130 zuführen (beispielsweise dem Mikroprozessor 140), wenn der vereinigte momentane Ladungszustand der Batteriezellen 80 unter eine Schwelle absinkt. Bei einigen Konstruktionen kann die Spannungserhöhungsschaltung 171a nur Energie dem Rest der Schaltung 130 zuführen, wenn die Temperatur der Batteriezellen 80 unter eine Niedertemperaturschwelle absinkt, und wenn der kombinierte momentane Ladungszustand der Batteriezelle 80 auf unterhalb einer Niederspannungsschwelle absinkt. Bei anderen Konstruktionen kann die Spannungserhöhungsschaltung 171a nur Energie dem Rest der Schaltung 130 während Zeiträumen des Betriebs bei Bedingungen mit niedriger Temperatur zuführen (also wenn die Temperatur des Satzes unter einer Niedertemperaturschwelle liegt, oder die Umgebungstemperatur unter einer Niedertemperaturschwelle liegt). Bei diesen Konstruktionen kann die Spannungserhöhungsschaltung 171a nur zu dem Zweck Energie liefern, um zu verhindern, dass bei der Schaltung 130 (beispielsweise dem Mikroprozessor 140) ein "Lichtstärkeverringerungszustand" auftritt (beispielsweise eine unzureichende Spannungsversorgung über einen Zeitraum). Ein Lichtstärkeverringerungszustand kann durch Batteriespannungsschwankungen hervorgerufen werden, die deutlicher oder wirkungsvoller bei niedrigen Betriebstemperaturen sein können (beispielsweise der Temperatur entweder des Satzes oder der Umgebung).
Bei einer anderen Konstruktion, beispielsweise bei der in 11B gezeigten Konstruktion, kann die Spannungserhöhungsschaltung 171b einen Spannungserhöhungsmechanismus 173 aufweisen, beispielsweise einen induktiven Wandler des Rücklauftyps, einen Wandler mit geschaltetem Kondensator, und dergleichen. Ähnlich wie die Spannungserhöhungsschaltung 171a kann die Spannungserhöhungsschaltung 171b Energie dem Rest der Schaltung 130 in Reaktion auf verschiedene Batteriezustände zuführen.
Bei noch einer anderen Konstruktion, beispielsweise der in 11C gezeigten Konstruktion, kann die Spannungserhöhungsschaltung 171 eine kapazitive Spannungserhöhungsschaltung 171c sein. Wie gezeigt, kann die kapazitive Spannungserhöhungsschaltung 171c einen Kondensator 174 aufweisen. Während des Betriebs kann der Kondensator 174 entweder durch die Entladungsschaltung von den Batteriezellen 80, oder durch ein Signal von dem Mikroprozessor 140, oder durch eine zusätzliche Schaltung geladen werden. Ähnlich wie bei der Spannungserhöhungsschaltung 171a kann die Spannungserhöhungsschaltung 171c Energie dem Rest der Schaltung 130 in Reaktion auf verschiedene Batteriezustände zuführen.
Bei einer weiteren Konstruktion, beispielsweise der Konstruktion, die in 11D gezeigt ist, kann die Spannungserhöhungsschaltung 171d einen Transistor oder Schalter 175 aufweisen. Bei einem Beispiel für eine Implementierung ist der Schalter 175 ein FET. Bei einigen Konstruktionen kann der Schalter 175 ein Leistungs-Feldeffekttransistor ("FET") 180 sein, wie nachstehend erläutert. Bei einigen Konstruktionen kann die Spannungserhöhungsschaltung 171d so arbeiten, dass der Entladungsstrom über einen bestimmten Zeitraum unterbrochen wird, damit sich der momentane Ladungszustand der Batterie 50 erholen kann. Beispielsweise können bei den Batteriezellen 80 hohe Spannungsschwankungen infolge einer niedrigen Zellentemperatur, einer niedrigen Umgebungstemperatur, einem hohen Entladungsstrom (also eines großen Verbrauchers) auftreten, und dergleichen. Durch Unterbrechung des Entladungsstroms über einen Zeitraum können die starken Schwankungen des Ladungszustands kleiner werden, und kann die Spannung der Batteriezellen 80 ansteigen. Das Aktivieren und Deaktivieren des Schalters 175 kann verhindern, dass die hohen Schwankungen einen Lichtstärkeverteilungszustand für die Schaltung 130 schaffen. Ähnlich der Spannungserhöhungsschaltung 171a kann die Spannungserhöhungsschaltung 171d in Reaktion auf bestimmte Batteriezustände aktiviert werden, beispielsweise eine niedrige Temperatur, einen niedrigen Batterieladungszustand und dergleichen. Bei einigen Konstruktionen kann der Schalter 175 in Kombination mit dem Kondensator 174 der Schaltung 171c dazu verwendet werden, den Kondensator 174 wieder aufzuladen.
Bei einigen Konstruktionen kann der Schalter 175 mit einer vorbestimmten Frequenz oder einem vorbestimmten Tastverhältnis aktiviert werden (beispielsweise wiederholt geschaltet werden). Bei anderen Konstruktionen kann der Schalter 175 mit Hysterese aktiviert werden. So kann beispielsweise der Schalter 175 nur dann aktiviert werden, wenn die Spannung der Batterie 50 eine erste Schwelle erreicht, oder diese unterschreitet. Der Schalter 175 kann offen bleiben (beispielsweise den Stromfluss unterbrechen), bis sich der momentane Ladungszustand der Batterie 50 erholt, auf eine zweite Schwelle oder über diese hinaus, die typischerweise größer ist als die erste Schwelle. Bei einigen Konstruktionen kann die zweite Schwelle gleich der ersten Schwelle sein. Bei einigen Konstruktionen kann, je stärker der Batterieladungszustand erschöpft ist, der Zeitraum länger sein, welchen der Ladungszustand benötigt, sich zu erholen, oder um die zweite Schwelle zu erreichen. In diesen Fällen kann die Schaltung 130 weiterhin einen Zeitgeber (nicht gezeigt) enthalten. Wenn eine erste Zeit abläuft, die von dem Zeitgeber festgehalten wird, und der Ladungszustand sich nicht bis zur zweiten Schwelle erholt hat, kann die Schaltung 130 daraus schließen, dass die Batterie 50 vollständig entladen ist, und kann weiterhin den Schalter 175 offen lassen, um zu verhindern, dass die Batterie 50 in einen zu stark entladenen Zustand gelangt.
Bei einer weiteren Konstruktion, beispielsweise den in den 11E und 11F gezeigten Konstruktionen, kann die Spannungserhöhungsschaltung 171 eine Spannungserhöhungsschaltung mit kapazitiver Ladungspumpe sein, beispielsweise wie die Spannungserhöhungsschaltungen 171e und 171f. Bei diesen Konstruktionen können die Spannungserhöhungsschaltungen 171e und 171f ein oder mehrere Niederspannungssignale in ein Signal mit einer höheren Ausgangsspannung umwandeln. Wie in 11e gezeigt, kann die Spannungserhöhungsschaltung 171e einen oder mehrere Eingänge 176a-f zum Empfang von Wechselstromsignalen, Steuersignalen, und dergleichen aufweisen, und einen oder mehrere Niederspannungseingänge 179 zum Empfang eines oder mehrerer Niederspannungssignale. Die Signale (beispielsweise die Wechselstromsignale und/oder die Steuersignale) können dazu verwendet werden, die Niederspannungssignale und die Ladung zu erhöhen, die in einem Kondensator 178 gespeichert wird (oder die Spannung über dem Kondensator), und ein höheres Spannungsausgangssignal am Ausgang 177 zu erzeugen. Ähnlich wie bei der Spannungserhöhungsschaltung 171e kann die Spannungserhöhungsschaltung 171f auch einen oder mehrere Eingänge 176a-d zum Empfang von Niederspannungs-Wechselstromleistungssignalen aufweisen, von Steuersignalen, und dergleichen, und einen oder mehrere Niederspannungseingänge 179 zum Empfang eines oder mehrerer Niederspannungssignale. Bei einem Beispiel für eine Implementierung kann die Spannungserhöhungsschaltung 171e ein Eingangssignal mit etwa 3 V in ein Ausgangssignal mit etwa 10 V umwandeln, und kann die Spannungserhöhungsschaltung 171f ein Eingangssignal mit etwa 3 V in ein Ausgangssignal mit etwa 5 V umwandeln.
Bei einigen Konstruktionen können die Spannungserhöhungsschaltungen 171e und 171f Signale mit höheren Spannungen für Bauteile in der Schaltung 130 zu jedem Zeitpunkt und während jedes Batteriezustands zur Verfügung stellen. So kann beispielsweise die Spannungserhöhungsschaltung 171e ein Ausgangssignal zur Versorgung eines Leistungs-FET oder Schalters zur Verfügung stellen, wie nachstehend erläutert, und kann die Spannungserhöhungsschaltung 171f ein Ausgangssignal zur Versorgung eines oder mehrerer Transistoren zur Verfügung stellen, wie nachstehend erläutert.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Schaltung 130 einen Halbleiterschalter 180 aufweisen, der den Entladungsstrom unterbricht. Bei einigen Konstruktionen kann der Halbleiterschalter 180 so gesteuert werden, dass er den Entladungsstrom unterbricht, wenn die Schaltung 130 (beispielsweise der Mikroprozessor 140) einen Zustand oberhalb oder unterhalb einer vorbestimmten Schwelle feststellt oder misst. Bei einigen Konstruktionen kann der Zustand oberhalb oder unterhalb einer vorbestimmten Schwelle ein abnormer Batteriezustand sein. Bei einigen Konstruktionen kann ein abnormer Batteriezustand beispielsweise eine hohe oder niedrige Batteriezellentemperatur umfassen, einen hohen oder niedrigen Batterieladungszustand, einen hohen oder niedrigen Batteriezellenladungszustand, einen hohen oder niedrigen Entladungsstrom, einen hohen oder niedrigen Ladungsstrom, und dergleichen. Bei den dargestellten Konstruktionen weist der Schalter 180 einen Leistungs-FET oder einen Metalloxid-Halbleiter-FET ("MOSFET") auf. Bei anderen Konstruktionen kann die Schaltung 130 zwei Schalter 180 aufweisen. Bei diesen Konstruktionen können die Schalter 180 parallel angeordnet sein. Parallele Schalter 180 können in Batteriesätzen enthalten sein, die einen hohen mittleren Entladungsstrom liefern (beispielsweise die Batterie 50, die Strom an eine Kreissäge 56, eine Bohrmaschine 58, und dergleichen liefert).
Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 weiterhin eine Schaltsteuerschaltung 182 zum Steuern des Zustands des Schalters 180 (oder gegebenenfalls der Schalter 180) aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltsteuerschaltung 182 einen Transistor 185 aufweisen, beispielsweise einen npn-Bipolarübergangstransistor oder einen Feldeffekttransistor ("FET"). Bei diesen Konstruktionen kann die Schaltung 130 (beispielsweise der Mikroprozessor 140) den Schalter 180 durch Änderung des Zustands des Transistors 185 steuern. Wie in den 7-9 gezeigt, kann die Source 190 des FET 180 elektrisch an das negative Ende 95 der Batteriezelle 80a-e angeschlossen sein, und kann der Drain 195 des FET 180 elektrisch an die negative Klemme 115 angeschlossen sein. Der Schalter 180 kann an einer zweiten PCB 200 (gezeigt in 7) angebracht sein. Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten, beispielsweise den in den 14A-E gezeigten Konstruktionen, kann der Schalter 180 auf der PCB 145 angebracht sein. Bei anderen Konstruktionen kann der Schalter 180 an einer anderen, geeigneten Position oder einem entsprechenden Ort angebracht sein.
Bei einem Beispiel für eine Implementierung fließt Strom durch den Schalter 180 von dem Drain 195 zur Source 190 während der Entladung, und fließt Strom durch den Schalter 180 von der Source 190 zum Drain 195 beim Laden. Falls ein Zustand oberhalb oder unterhalb der vorbestimmten Schwelle (beispielsweise ein abnormer Batteriezustand) von der Schaltung 130 (beispielsweise dem Mikroprozessor 140) festgestellt wird, kann beispielsweise der Mikroprozessor 140 den Transistor 185 einschalten, also den Transistor 185 in einen leitenden Zustand versetzen. Befindet sich der Transistor 185 im leitenden Zustand, ist keine ausreichend hohe Spannung über dem Gate 205 und der Source 190 des FET 180 vorhanden, um den Schalter 180 in den leitenden Zustand zu versetzen. Daher wird der Schalter 180 nicht leitend, und wird der Stromfluss unterbrochen.
Bei einigen Konstruktionen kann, sobald der Schalter 180 nicht leitend wird, der Schalter 180 nicht zurückgesetzt werden, selbst wenn der abnorme Zustand nicht mehr festgestellt wird. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 (beispielsweise der Mikroprozessor 140) den Schalter 180 nur dann zurücksetzen, wenn ein elektrisches Gerät, beispielsweise ein Batterieladegerät 60, eine entsprechende Anweisung an den Mikroprozessor 140 gibt. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 den Schalter 180 nach einem vorbestimmten Zeitraum zurücksetzen. Bei einigen Konstruktionen kann, wenn der Mikroprozessor 140 einen abnormen Batteriezustand während der Entladung feststellt, der Mikroprozessor 140 nicht den Zustand des Schalters 180 auf nicht-leitend ändern, bis auch der Mikroprozessor 140 einen Entladungsstrom unterhalb einer vorbestimmten Schwelle feststellt (also einen niedrigen Entladungsstrom).
Bei einigen Konstruktionen kann der Schalter 180 so ausgebildet sein, dass er den Stromfluss nur dann unterbricht, wenn sich die Batterie 50 entlädt. Dies bedeutet, dass die Batterie 50 selbst dann geladen werden kann, wenn sich der Schalter 180 im nicht-leitenden Zustand befindet. Wie in den 4 und 5 gezeigt, kann der Schalter 180 eine Diode 210 enthalten, die bei einigen Konstruktionen mit einem MOSFET und anderen Transistoren vereinigt ist. Bei anderen Konstruktionen kann die Diode 210 elektrisch parallel zum Schalter 180 geschaltet sein.
Bei einem anderen Beispiel für die Implementierung, fließt dann, wenn die Batterie 50 entladen wird (also dargestellt in 5 als ein Schalter 215, der sich in einer ersten Position 220 befindet, um den Fluss eines Stroms durch einen Verbraucher 225 zu ermöglichen, beispielsweise ein Elektrowerkzeug 55), Strom durch die Batterie 50 in Richtung 230, also durch den Drain 190 des FET 180 zur Source 190 des FET 180. Wenn die Batterie 50 geladen wird (also dargestellt in 5 so, dass sich der Schalter 215 in einer zweiten Position 235 befindet, um einen Fluss des Stroms von einem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Batterieladegerät 60 zu ermöglichen), fließt Strom durch die Batterie 50 in Richtung 240, also durch die Source 190 des FET 180 zum Drain 195 des FET 180.
Bei dieser Implementierung kann der Stromfluss in der Richtung 230 unterbrochen werden, wenn sich der Schalter 180 im nicht-leitenden Zustand befindet. Daher liefert die Batterie 50 nicht länger einen Entladungsstrom an den Verbraucher 225. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130, die beispielsweise den Mikroprozessor 140 oder eine zusätzliche Schaltung 250 umfasst (die den Mikroprozessor 140 enthalten kann, oder auch nicht), den Zustand des Schalters 180 von nicht-leitend auf leitend ändern, wenn der Mikroprozessor 140 eine entsprechende Instruktion oder einen entsprechenden Befehl empfängt. Bei einigen Konstruktionen kann es sein, dass der Mikroprozessor 140 und/oder die zusätzliche Schaltung 250 nicht einen Befehl oder eine Instruktion empfängt, und daher nicht den Zustand des Schalters 180 von nicht-leitend auf leitend ändert. So kann beispielsweise die Batterie 50 so tief entladen werden, dass die Batterie 50 nicht ausreichend Energie in den Batteriezellen 80 zur Stromversorgung der Schaltung 130 aufweist. Wenn die Batterie 50 nicht genügend Energie zur Stromversorgung der Schaltung 130 aufweist, kann eine Kommunikation (wie von der Schaltung 130 durchgeführt) zwischen der Batterie 50 und einem elektrischen Gerät (beispielsweise dem Batterieladegerät 60) nicht stattfinden, und dann kann das elektrische Gerät nicht dazu fähig sein, ein Steuersignal an die Batterie 50 zum Rücksetzen des Schalters 180 zu schicken. In diesen Fällen kann die in dem Schalter 180 vorgesehene Diode 210 Strom in Richtung 240 leiten (also einen Ladestrom), der von einem elektrischen Gerät wie beispielsweise dem Batterieladegerät 60 geliefert wird. Dies ermöglicht es, die Batterie 50 zu laden, selbst wenn der Schalter 180 nicht leitend ist, oder zumindest ausreichend Ladung zu empfangen, um die Schaltung 130 zu versorgen, den Schalter 180 zurückzusetzen, und die Kommunikation oder das Laden fortzusetzen.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann der Schalter 180 so gesteuert werden, dass er die Batterie 50 sperrt, wenn die Batterie einen Zustand mit erforderlicher Sperrung erreicht. Der Zustand mit erforderlicher Sperrung kann eine abnorme (hohe oder niedrige) Batteriespannung umfassen, eine abnorme (hohe oder niedrige) Batteriezellenspannung, eine abnorme (hohe oder niedrige) Batterietemperatur, und eine abnorme (hohe oder niedrige) Batteriezellentemperatur. Bei diesen Konstruktionen kann die Lebensdauer der Batterie 50 verkürzt werden, wenn die Batterie 50 weiterhin in einem Zustand mit erforderlicher Sperrung oder in dessen Nähe arbeitet. Bei einer Konstruktion umfasst der Zustand mit erforderlicher Sperrung einen Zustand mit niedriger Batteriespannung, einen Zustand mit niedriger Batteriezellenspannung, und eine hohe Batterietemperatur.
Bei einigen Konstruktionen überwacht der Mikroprozessor 140 die Batteriesatzspannung, die Batteriezellenspannung und die Batterietemperatur, um festzustellen, ob sich die Batterie 50 einem Zustand mit erforderlicher Sperrung während der Entladung nähert. So weist beispielsweise bei einer in 88 gezeigten Konstruktion der Mikroprozessor 140 ein erstes Modul 5010 zur Überwachung von Batteriezellenspannungen auf (auch bezeichnet als "Batteriezellenladungszustand"), ein zweites Modul 5015 zur Überwachung der Batteriesatzspannung (auch bezeichnet als "Batteriesatz-Ladungszustand"), und ein drittes Modul 5020 zur Überwachung der Batterietemperatur.
Bei einigen Konstruktionen kann, wenn sich die Batterie 50 einem Zustand mit erforderlicher Sperrung nähert, beispielsweise einem Zustand mit niedriger Batteriespannung, einem Zustand mit niedriger Batteriezellenspannung, oder einer hohen Batterietemperatur, die Batterie 50 mit einer Impulsbetriebsart 5030 (gezeigt in 89) beginnen. Wenn die Batterie 50 in der Impulsbetriebsart 5030 arbeitet, wird Energie einem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektrowerkzeug 55, in Bursts oder Impulsen zugeführt. Beispielsweise wird während des Betriebs in der Impulsbetriebsart 5030 der Schalter 180 so gesteuert, dass er mit einem eingestellten Tastverhältnis oder einer eingestellten Frequenz öffnet und schließt, beispielsweise mit einem Impuls von 0,5 ms pro Sekunde oder einem Impuls von 1 ms pro Sekunde. Bei einigen Konstruktionen kann die Frequenz, mit welcher der Schalter 180 öffnet und schließt, abgeändert werden, so dass die dem elektrischen Gerät zugeführte Energie dem Benutzer anzeigt, dass die Batterie 50 nahezu oder vollständig einen Zustand mit erforderlicher Sperrung erreicht hat, und wieder aufgeladen werden sollte. Bei einigen Konstruktionen kann die Frequenz, mit welcher der Schalter 180 öffnet und schließt, so abgeändert werden, dass die Energie, die dem elektrischen Gerät zugeführt wird, nicht dazu ausreicht, ordnungsgemäß das Gerät zu versorgen.
Wie in 89 gezeigt, kann die Batterie 50 in den Impulsbetriebsartbetrieb 5030 durch eines (1) von drei (3) Ereignissen hineingelangen. Die Batterie 50 kann mit der Impulsbetriebsart 5030 beginnen, wenn die Batterie 50 einen Zustand mit erforderlicher Sperrung erreicht, durch Erfassung und Betrieb des ersten Moduls 5010, wie durch das Ereignis 5040 dargestellt. Wie voranstehend erwähnt, überwacht bei dieser Konstruktion das erste Modul 5010 die Spannungen der Batteriezellen 80. Die Batterie 50 kann auch mit der Impulsbetriebsart 5030 beginnen, wenn die Batterie 50 einen Zustand mit erforderlicher Sperrung durch Erfassung und Batterie des zweiten Moduls 5015 erreicht, wie durch das Ereignis 5050 dargestellt. Wie ebenfalls voranstehend erwähnt, überwacht bei dieser Konstruktion das zweite Modul 5015 die Spannung des Batteriesatzes 50 (also die Gesamtspannung sämtlicher Batteriezellen 80). Die Batterie 80 kann weiterhin mit der Impulsbetriebsart 5030 beginnen, wenn die Batterie 50 einen Zustand mit erforderlicher Sperrung erreicht, durch Erfassung und Betrieb des dritten Moduls 5020, wie durch das Ereignis 5060 dargestellt. Wie ebenfalls voranstehend erwähnt, überwacht bei diesen Konstruktionen das dritte Modul 5020 die Temperatur der Batterie 50, wie sie von dem Temperaturmessgerät 150 gemessen wird.
Bei einem Beispiel kann das erste Modul 5010 feststellen, wenn eine oder mehrere Batteriezellenspannungen unter eine vorbestimmte Schwelle absinken, die repräsentativ dafür ist, dass sich eine Batteriezellenspannung einer Spannung nähert oder diese erreicht, welche den Zustand mit erforderlicher Sperrung anzeigt. Bei einer Konstruktion überwacht das erste Modul Batteriezellenspannungen, um festzustellen, wann eine oder mehrere Batteriezellen eine erste Schwelle von etwa 1,4 V erreichen, die eine Spannung darstellt, die sich einem Zustand mit erforderlicher Sperrung nähert. Bei anderen Konstruktionen kann die erste Schwelle eine "Zellenumkehrspannung" anzeigen. Eine Beschädigung einer Batteriezelle kann auftreten, wenn die Zellenspannung bis zu einer bestimmten Spannung oder darunter absinkt, beispielsweise eine Zellenumkehrspannung. Bei einigen Konstruktionen tritt die Zellenumkehr bei annähernd 0 V auf. Bei einigen Konstruktionen kann das erste Modul 5010 die erste Schwelle auf eine Spannung höher als die Zellenumkehrspannung einstellen, um eine Zellenumkehrschwelle als Vorsorge einzurichten. Bei einigen Konstruktionen kann die Zellenumkehrschwelle immer noch auf die Zellenumkehrspannung eingestellt werden. Bei einer zweiten Konstruktion kann beispielsweise das erste Modul 5010 die erste Schwelle (beispielsweise die Zellenumkehrschwelle) auf annähernd 1 V einstellen.
Bei einigen Konstruktionen veranlasst, wenn eine oder mehrere Batteriezellenspannungen diese erste Schwelle erreichen, das erste Modul 5010 die Batterie 50, mit einer der Betriebsarten zu beginnen, die in den 66 und 67 gezeigt und beschrieben sind. Bei einigen Konstruktionen kann das erste Modul 5010 die Batterie 50 triggern, mit einer der Betriebsarten zu beginnen, um einem Benutzer mitzuteilen, dass sich die Batterie 50 dem Ende der Entladung oder dem Zustand mit erforderlicher Sperrung nähert. Bei anderen Konstruktionen kann das erste Modul die Batterie 50 so triggern, dass sie mit einer Betriebsart beginnt, um die Fähigkeit der Batterie zu verlängern, ein elektrisches Gerät während der Entladung mit Strom zu versorgen, bevor die Batterie 50 mit der voranstehend geschilderten Impulsbetriebsart 5030 beginnt.
Bei einigen Fällen kann bei der Batterie 20 eine "Absenkung" der Spannung (beispielsweise ein starker zeitweiliger Spannungsabfall) während des Beginns der Entladung auftreten. Die Spannungsabsenkung ist typischerweise temporär, und tritt am deutlichsten bei niedrigen Batterietemperaturen auf. Bei einigen Konstruktionen kann eine Spannungsabsenkung auf die Zellenumkehrschwelle oder darunter absinken. Bei diesen Konstruktionen kann das erste Modul 5010 den Schalter 180 so steuern, dass die Batterie 50 den Betrieb durch die Spannungsabsenkungen fortsetzen kann (also weiterhin Entladungsstrom liefern kann).
66 erläutert ein erstes Beispiel für die Implementierung des Halbleiterschalters 180 während des Batterieentladungseinsatzes. Bei diesem Beispiel für die Implementierung kann der Schalter 180 durch das erste Modul 5010 der Mikrosteuerung 140 gesteuert werden. Weiterhin arbeitet bei diesem Beispiel für die Implementierung der Halbleiterschalter 180 mit Hysterese, so dass eine erste Spannungsschwelle V₁ den Schalter 180 triggert, so dass er ausschaltet (beispielsweise in einen nicht-leitenden Zustand gelangt), und eine zweite Spannungsschwelle V₂ (verschieden von der ersten Spannungsschwelle V₁) den Schalter 180 so triggert, dass er einschaltet (beispielsweise in einen leitenden Zustand gelangt). Diese Implementierung kann dazu eingesetzt werden, den Batteriebetrieb während starker Spannungsschwankungen aufrechtzuerhalten oder fortzusetzen, und um zu verhindern, dass der Halbleiterschalter 180 vorzeitig in einem nicht-leitenden Zustand (so dass das Liefern eines Entladungsstroms an den Verbraucher verhindert wird) durch die Schaltung 130 gehalten wird (beispielsweise die Mikrosteuerung 140). Bei der dargestellten Konstruktion ist die erste Spannungsschwelle V₁ niedriger als die zweite Spannungsschwelle V₂. Bei anderen Konstruktionen und Implementierungen kann die Batterie 50 zusätzliche Spannungsschwellen aufweisen, die von anderen Eigenschaften abhängig sein können, oder auch nicht, beispielsweise von der Batterietemperatur, der Batteriezellentemperatur, der Laufzeit, Belastungsanforderungen (beispielsweise Spannungsanforderungen bestimmter Elektrowerkzeuge 55), und dergleichen.
66 erläutert eine erste Betriebsart 2206 für die Batterie 50. Während der ersten Betriebsart 2206 schaltet der Halbleiterschalter 180 der Batterie ein und aus (also gelangt in nicht-leitende und leitende Zustände) während des Entladungsbetriebs, wenn eine oder mehrere Batteriezellenspannungen eine erste Spannungsschwelle V₁ erreichen, bzw. sich auf eine zweite Spannungsschwelle V₂ erholen. Die erste Betriebsart 2206 kann auftreten, wenn sich die Batterie 50 dem Ende der Entladung nähert, und kann auch eine Anzeige an den Benutzer zur Verfügung stellen, dass sich die Batterie 50 dem Ende der Entladung nähert, und in einigen Fällen dem Zustand mit erforderlicher Sperrung. Allerdings kann die erste Betriebsart 2206 so schnell auftreten, dass der Benutzer nicht merkt, dass die Batterie 50 in der ersten Betriebsart 2206 arbeitet. Die erste Betriebsart 2206 kann auch dann auftreten, wenn die Batterie 50 bei niedrigen Temperaturen arbeitet, und bei ihr starke Spannungsschwankungen auftreten. Wiederum kann die erste Betriebsart 2206 einem Benutzer anzeigen, dass die Batterie 50 mit der ersten Betriebsart 2206 begonnen hat, jedoch kann dies ebenfalls so schnell auftreten, dass der Benutzer es nicht merkt.
Bei einigen Konstruktionen während der ersten Betriebsart 2206 wird, wenn eine Batteriezellenspannung die erste Spannungsschwelle V₁ erreicht, und der Halbleiterschalter 180 in einen nicht-leitenden Zustand gelangt, die Batterie 50 so angesehen, dass sie sich in einem "sanften" Abschaltzustand befindet, oder eine "sanfte" Abschaltung durchführt. Bei einigen Konstruktionen wird dies als sanfte Abschaltung deswegen angesehen, weil der Halbleiterschalter 180 durch die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) so aktiviert werden kann, dass er in den leitfähigen Zustand gelangt, wenn sich die Batteriezellenspannung auf die zweite Spannungsschwelle V₂ innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes erholt, beispielsweise einer Abschaltzeit T_off von annähernd 100 ms. Wenn sich die Batteriezellenspannung nicht auf die zweite Schwellenspannung V₂ innerhalb der zulässigen Abschaltzeit T_off erholt, dann führt die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) bei einigen Konstruktionen eine "harte" Abschaltung durch. Bei einigen Konstruktionen erfordert die harte Abschaltung, dass ein externes Signal, beispielsweise ein Signal von einem Batterieladegerät 60, einem Elektrowerkzeug 55, einem anderen elektrischen Gerät, und dergleichen, von der Batterie 50 empfangen wird. Das Signal kann eine Anzeige für die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) darstellen, den Schalter 180 "zurückzusetzen" (beispielsweise auf den leitenden Zustand umzuschalten).
Bei der dargestellten Konstruktion repräsentiert die Kurve 2208 die Spannung einer Batteriezelle 80 während des Einsatzes bei einem Elektrowerkzeug 55, beispielsweise bei einer Kreissäge 56, einer Bohrmaschine 58, und dergleichen. Während des Beginns des Betriebs (beispielsweise während der Zeit T₁) versetzt die Mikrosteuerung 140 den Halbleiterschalter 180 in einen leitenden Zustand, wodurch ermöglicht wird, dass Entladungsstrom dem Elektrowerkzeug 55 zugeführt wird. Wenn die Batteriezellenspannung 2208 die erste Spannungsschwelle V₁ am Punkt 2210 erreicht, versetzt die Mikrosteuerung 140 den Halbleiterschalter 180 in den nicht-leitenden Zustand, wodurch die Stromversorgung zum Elektrowerkzeug 55 unterbrochen wird.
Während sich der Halbleiterschalter 180 im nicht-leitenden Zustand befindet (also im Ausschaltzustand), erholt sich die Batteriezellenspannung. Wenn sich die Batteriezellenspannung 2208 auf die zweite Spannungsschwelle V₂ am Punkt 2215 erholt hat, versetzt die Mikrosteuerung 140 den Halbleiterschalter 180 in den leitenden Zustand, wodurch eine erneute Lieferung von Entladungsstrom an das Elektrowerkzeug 55 ermöglicht wird.
Das Elektrowerkzeug 55 setzt den Betrieb während der Zeit T₃ fort, bis die Batteriezellenspannung 2208 die erste Spannungsschwelle V₁ am Punkt 2220 erreicht. Die Mikrosteuerung 140 versetzt erneut den Halbleiterschalter 180 in den nicht-leitenden Zustand. Der Halbleiterschalter 180 verbleibt in dem nicht-leitenden Zustand während der Zeit T₄, bis sich die Batteriezellenspannung 2208 auf die zweite Spannungsschwelle V₂ am Punkt 2225 erholt hat. Während der Zeit T₅ ist der Halbleiterschalter 180 leitend, bis die Batteriezellenspannung 2208 erneut die erste Spannungsschwelle V₁ am Punkt 2230 erreicht.
Wie in 66 in Bezug auf die Zeit T₆ gezeigt, erholt sich die Batteriezellenspannung 2208 nicht auf die zweite Spannungsschwelle V₂ vor dem Ablauf der Abschaltzeit T_off. Bei Erreichen der Abschaltzeit T_off führt die Mikrosteuerung 140 eine harte Abschaltung durch. Daher bleibt der Halbleiterschalter 180 im nicht-leitenden Zustand, selbst wenn sich danach die Batteriezellenspannung 2208 auf die zweite Schwellenspannung V₂ erholt.
Bei einigen Konstruktionen arbeitet die Batterie 50 in der ersten Betriebsart 2206 nur dann, wenn Energie dem Verbraucher zugeführt werden muss, beispielsweise wenn eine Bedienungsperson einen Triggerschalter auf einem Elektrowerkzeug 55 herunterdrückt.
67 erläutert ein zweites Beispiel für die Implementierung des Halbleiterschalters 180 während des Batterieentladungseinsatzes. Bei diesem Beispiel für die Implementierung steuert das erste Modul 5010 die Batterie 50 so, dass die Batterie 50 auf ähnliche Weise arbeitet, wie dies in 66 dargestellt und beschrieben wurde (also in der ersten Betriebsart 2206). Bei der zweiten Implementierung arbeitet die Batterie 50 in einer zweiten Betriebsart 2234 nach der ersten Betriebsart 2206. Bei einer Konstruktion ist die zweite Betriebsart 2234 die voranstehend erläuterte Impulsbetriebsart 5030.
Wie in 67 gezeigt wird, sobald die Batteriezellenspannung 2208 die erste Schwelle V₁ am Punkt 2230 erreicht, der Halbleiterschalter 180 in den nicht-leitenden Zustand versetzt, und erholt sich die Batteriezellenspannung 2208 nicht auf die zweite Spannungsschwelle V₂ vor dem Ablauf der Abschaltzeit T_off. Bei einer Konstruktion gemäß dieser Implementierung erfasst, wenn sich die Batteriezellenspannung 2208 nicht auf die zweite Spannungsschwelle V₂ vor dem Ablauf der Abschaltzeit T_off erholt, das erste Modul 5010 dieses Ereignis als einen Zustand in der Nähe des Zustands mit erforderlicher Sperrung, und steuert die Batterie 50 so, dass sie mit der zweiten Betriebsart 2234 beginnt (beispielsweise der Impulsbetriebsart 5030).
Wie voranstehend erläutert beginnt, wenn die Abschaltzeit T_off abläuft, die Batterie 50 mit der zweiten Betriebsart 2234. Während der zweiten Betriebsart 2234 kann die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) den Halbleiterschalter 180 so steuern, dass er öffnet (also in den nicht-leitenden Zustand gelangt) und schließt (also in den leitenden Zustand gelangt), mit einer vorbestimmten Frequenz oder einem vorbestimmten Tastverhältnis. So versetzt beispielsweise die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) den Halbleiterschalter 180 in einen nicht-leitenden Zustand über eine vorbestimmte Zeit T_burst, beispielsweise etwa 200 ms. Nach Ablauf der vorbestimmten Zeit T_burst versetzt die Mikrosteuerung (oder Schaltung 130) den Halbleiterschalter 180 in einen leitenden Zustand für eine Einstellzeit T_on, beispielsweise etwa 10 ms. Bei einigen Konstruktionen versetzt die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) den Halbleiterschalter 180 in den leitenden Zustand mit einem Tastverhältnis von etwa 10 %.
Wie in 67 gezeigt, befindet sich während der zweiten Betriebsart 2234 der Halbleiterschalter 180 im nicht-leitenden Zustand für die Dauer der vorbestimmten Zeit T_burst. Wenn die vorbestimmte Zeit T_burst am Punkt 2235 abläuft, versetzt die Mikrosteuerung 140 (oder Schaltung 130) den Halbleiterschalter 180 in den leitenden Zustand für die Dauer der Einstellzeit T_on, die am Punkt 2240 abläuft. Während dieser Zeit T_on sinkt die Batteriezellenspannung 2208 ab (unter der Annahme, dass der Verbraucher immer noch eine Stromversorgung von der Batterie 50 erfordert, beispielsweise wenn der Benutzer eines Elektrowerkzeugs den Triggerschalter während der Dauer der zweiten Betriebsart 2234 heruntergedrückt hält). Die Mikrosteuerung 140 (oder Schaltung 130) versetzt den Halbleiterschalter 180 zurück in den nicht-leitenden Zustand am Punkt 2240 bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit T_burst am Punkt 2245. Während dieser Zeit T_burst kann sich die Batteriezellenspannung 2208 erholen, da kein Strom an die Batterie 50 geliefert wird.
Wiederum in 67 wird der Halbleiterschalter 180 in den leitenden Zustand am Punkt 2245 bis zum Punkt 2250 versetzt, dem Ablauf der Einstellzeit T_on. Während der Zeit T_on erfährt die Batteriezellenspannung 2208 einen weiteren Einbruch. Wiederum wird der Schalter 180 in den nicht-leitenden Zustand am Punkt 2250 versetzt, und kann sich die Batteriezellenspannung 2208 während dieser Zeit erholen. Am Punkt 2255 versetzt die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) den Schalter 180 zurück in den leitenden Zustand, und versetzt dann am Punkt 2260 die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) den Schalter 180 in den nicht-leitenden Zustand.
Während der vorbestimmten Zeit T_burst erholt sich die Batteriezellenspannung 2208 auf die zweite Spannungsschwelle V₂ am Punkt 2265. Bei einigen Konstruktionen kann am Punkt 2265 die Batterie 50 erneut in der ersten Betriebsart 2206 arbeiten. Entsprechend kann nach Beendigung der ersten Betriebsart 2206 die Batterie 50 erneut mit der zweiten Betriebsart 2234 beginnen. Bei anderen Konstruktionen kann, wenn sich die Batteriezellenspannung 2208 nicht auf die zweite Spannungsschwelle V₂ erholt, die Batterie 50 den Betrieb in der zweiten Betriebsart 2234 fortsetzen, bis ein vorbestimmter Zeitraum abläuft (beispielsweise annähernd 1 Minute), oder bis die Batteriespannung 2208 eine Abschaltspannungsschwelle V_shutdown erreicht, bei welcher die Batterie 50 eine harte Abschaltung durchführen kann. Bei noch anderen Konstruktionen setzt, wenn die zweite Betriebsart 2234 in der Impulsbetriebsart 5030 arbeitet, die Batterie 50 den Betrieb in der zweiten Betriebsart 2234 fort, unabhängig davon, ob sich die Batteriezellenspannung 2208 auf die zweite Spannungsschwelle V₂ am Punkt 2265 erholt. Bei noch weiteren Konstruktionen kann, wenn die Batterie 50 in der Impulsbetriebsart 5030 während der zweiten Betriebsart 2234 arbeitet, die Batterie 50 die Impulsbetriebsart 5030 nur dann verlassen, wenn die Mikrosteuerung 140 die Batterie 50 sperrt, nachdem ein vorbestimmter Zeitraum abgelaufen ist, unabhängig davon, ob sich die Batteriezellenspannung 2208 erholt oder nicht.
Wenn die Batterie 50 bei einem Elektrowerkzeug 55 eingesetzt wird, beispielsweise einer Bohrmaschine 58, und der Benutzer den Triggerschalter der Bohrmaschine 58 herunterdrückt, empfängt die Bohrmaschine 58 kleine Energiebursts, wenn die Batterie 50 in der voranstehend geschilderten zweiten Betriebsart 2234 arbeitet. Dies kann ein besser wahrnehmbares Signal für den Benutzer erzeugen, das anzeigt, dass sich die Batterie 50 dem Ende der Entladung nähert, oder dass die Batterie 50 bei niedrigen Temperaturen mit hohen Spannungsschwankungen arbeitet (typischerweise infolge eines hohen Stromverbrauches des Verbrauchers).
Bei anderen Konstruktionen kann die zweite Betriebsart 2234 ein anderes Hystereseverfahren des Betriebs des Halbleiterschalters 180 aufweisen. Beispielsweise kann, anstatt darauf zu warten, dass die Batteriezellenspannung 2208 sich auf die zweite Spannungsschwelle V₂ während der zweiten Betriebsart 2234 erholt, die Mikrosteuerung 140 (oder Schaltung 130) den Halbleiterschalter 180 in den leitenden Zustand versetzen, wenn sich die Batteriezellenspannung 2208 auf einen dritte Spannungsschwelle V₃ erholt, die niedriger sein kann als die zweite Spannungsschwelle V₂.
Bei weiteren Konstruktionen kann die zweite Betriebsart 2234 ein entsprechendes Hystereseverfahren des Betriebs für den Halbleiterschalter 180 wie die erste Betriebsart 2206 enthalten, mit Ausnahme des Einrichtens einer längeren Abschaltzeit T_off. So kann beispielsweise während der zweiten Betriebsart 2234 es für die Batteriezellenspannung 2208 immer noch erforderlich sein, dass sie sich auf die zweite Spannungsschwelle V₂ vor dem Ablauf der Abschaltzeit T_off erholt. Allerdings kann in der zweiten Betriebsart 2234 die Abschaltzeit T_off beispielsweise etwa 200 ms anstatt von 100 ms betragen.
Bei weiteren Konstruktionen kann die Mikrosteuerung 140 (oder Schaltung 130) den Halbleiterschalter 180 in den leitfähigen Zustand versetzen, mit einem variablen Tastverhältnis, wenn die Batterie 50 in der zweiten Betriebsart 2234 arbeitet. Beispielsweise kann die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung) die Länge der eingestellten Zeit T_on so variieren, dass sie während des Betriebs in der zweiten Betriebsart 2234 allmählich abnimmt oder zunimmt. Die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) kann auch die Länge der vorbestimmten Zeit T_burst so variieren, dass sie beispielsweise über den gesamten Betrieb in der zweiten Betriebsart 2234 abnimmt oder zunimmt. Die Mikrosteuerung 140 (oder Schaltung 130) kann darüber hinaus sowohl die Länge der Einstellzeit T_on als auch die Länge der vorbestimmten Zeit T_burst variieren, so dass sie sich allmählich verringern oder zunehmen, während des gesamten Betriebs in der zweiten Betriebsart 2234.
Bei noch anderen Konstruktionen kann die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) weiter den Halbleiterschalter 180 in der zweiten Betriebsart 2234 betreiben, bis die Batterie 50 ein Signal von einem elektrischen Gerät empfängt, beispielsweise von einem Batterieladegerät 60. Das Signal kann die Mikrosteuerung 140 (oder Schaltung 130) anweisen, den Halbleiterschalter 180 so zu aktivieren, dass er sich im leitenden Zustand befindet. Bei anderen Konstruktionen kann die Mikrosteuerung 140 die Batterie 50 in der zweiten Betriebsart 2234 halten, wenn ein anderer abnormer Zustand in der Batterie 50 festgestellt wird, wie beispielsweise ein Ungleichgewicht zwischen Batteriezellen 80, eine hohe Temperatur der Batterie oder der Batteriezelle, eine niedrige Batteriezellentemperatur, und dergleichen.
Bei den voranstehend geschilderten Abänderungen der zweiten Betriebsart 2234 kann die Batterie 50 auch ein deutliches wahrnehmbares Signal für den Benutzer erzeugen, das anzeigt, dass die Batterie 50 in der zweiten Betriebsart 2234 arbeitet, dass sich die Batterie 50 dem Ende der Entladung nähert, oder dass die Batterie 50 bei niedriger Temperatur mit hohen Spannungsschwankungen arbeitet (typischerweise infolge eines hohen Stromverbrauches des Verbrauchers).
Wie voranstehend erläutert, kann die Batterie 50 ein zweites Modul 5015 aufweisen, das die Batteriespannung überwacht (beispielsweise die Gesamtspannung der Batteriezellen 80). Bei diesem Beispiel kann das zweite Modul 5015 feststellen, ob die Batteriespannung unter eine vorbestimmte Schwelle absinkt, die repräsentativ für eine Batteriespannung ist, welche sich an die Spannung annähert oder diese erreicht, die den Zustand mit erforderlicher Sperrung anzeigt. Bei einigen Konstruktionen geht, wenn die Batteriespannung auf die vorbestimmte Schwelle absinkt, die Batterie 50 in eine dritte Betriebsart 5070 über (gezeigt in 90).
90 zeigt ein Beispiel für die Implementierung der dritten Betriebsart 5070 für die Batterie 50. Wie dargestellt, triggert das zweite Modul 5015 die dritte Betriebsart 5070, wenn das zweite Modul 5015 eine Batteriespannung kleiner oder gleich einer vorbestimmten Schwelle feststellt. Bei einem Beispiel ist die vorbestimmte Schwelle gleich 25,4 V. Bei anderen Beispielen kann die vorbestimmte Schwelle größer oder kleiner als 25,4 V sein. Während der dritten Betriebsart 5070 schaltet das zweite Modul 5015 den Schalter 180 periodisch über einen vorbestimmten Messzeitraum T_measure aus. Bei einer Konstruktion ist der Messzeitraum T_measure annähernd gleich 0,5 ms pro Sekunde. Der Zustand 5075 des Schalters 180 (beispielsweise eines Leistungs-FET) ist in 90 gezeigt.
Wie in der in 90 dargestellten Konstruktion gezeigt, führt die Mikrosteuerung 140 eine Batteriespannungsmessung zur Zeit T₁ durch, nachdem die Mikrosteuerung 140 den Schalter 180 in einen nicht-leitenden Zustand am Punkt 5080 versetzt hat. Unmittelbar vor Ablaufen des Messzeitraums T_measure führt die Mikrosteuerung 140 eine weitere Batteriespannungsmessung zum Zeitpunkt T₂ durch. Zum Zeitpunkt T₂ stellt die Mikrosteuerung 140 den Schalter 180 auf einen leitenden Zustand ein (am Punkt 5085).
Wie in 90 gezeigt, nimmt die Batteriespannung 5090 während der Entladung (beispielsweise wenn sich der Schalter 180 im leitenden Zustand befindet, und Strom einem externen Gerät zugeführt wird) auf eine erste Batteriespannung V₁ am Punkt 5095 ab. Wie dargestellt, schaltet die Mikrosteuerung 140 den Schalter 180 in den nicht-leitenden Zustand am Punkt 5095. Während des Messzeitraums T_measure, wenn der Schalter 180 nicht-leitend ist, beginnt sich die Batteriespannung 5090 zu erholen. Gegen Ende des Messzeitraums T_measure erholt sich die Batteriespannung 5090 auf eine zweite Batteriespannung V₂ am Punkt 5105. Sobald die zweite Batteriespannungsmessung am Punkt 5105 durchgeführt wurde, bestimmt die Mikrosteuerung 140 die Differenz V_diff zwischen der ersten Batteriespannung V₁ und der zweiten Batteriespannung V₂. Wenn die Differenz V_diff im wesentlichen größer oder gleich einer Batteriespannungsdifferenzschwelle ist, stellt das zweite Modul 5015 fest, dass die Batterie 50 einen ausreichenden Ladungszustand aufweist, und sich nicht an einen Zustand mit erforderlicher Sperrung angenähert oder diesen erreicht hat.
Bei einer Konstruktion beträgt die Differenzschwelle annähernd 700 mV. Bei der dargestellten Konstruktion ist die Differenz V_diff zwischen der zweiten Batteriespannung V₂ zum Zeitpunkt T₂ (am Punkt 5105) und der ersten Batteriespannung V₁ zum Zeitpunkt T₁ (am Punkt 5095) größer als die Batteriespannungsdifferenzschwelle. Wie in 90 gezeigt, setzt das zweite Modul 5015 den Betrieb der Batterie 50 in der dritten Betriebsart 5070 fort.
Wie wiederum aus 90 hervorgeht, schaltet zum Zeitpunkt T₃, der etwa eine (1) Sekunde vom Zeitpunkt T₁ entfernt ist, die Mikrosteuerung 140 den Schalter 180 in einen nichtleitenden Zustand am Punkt 5110 um. Nach Einstellung des Schalters 180 am Punkt 5110 führt die Mikrosteuerung 140 eine weitere Batteriespannungsmessung durch. Vor T₄ und dem Ablauf des Messzeitraums T_measure führt die Mikrosteuerung 140 eine andere Batteriespannungsmessung durch, bevor sie den Schalter 180 in den leitenden Zustand am Punkt 5115 schaltet.
Während der Zeit T₂ und der Zeit T₃ nimmt die Batteriespannung 5090 von der zweiten Batteriespannung V₂ am Punkt 5105 auf die dritte Batteriespannung V₃ am Punkt 5120 ab. Während des Messzeitraums T_measure erholt sich die Batteriespannung 5090 von der dritten Batteriespannung V₃ am Punkt 5120 auf die vierte Batteriespannung V₄ am Punkt 5125. Wie bei der dargestellten Konstruktion gezeigt, ist die Differenz V_diff zwischen der vierten Batteriespannung V₄, ermittelt zum Zeitpunkt T₄ (am Punkt 5115) und der dritten Batteriespannung V₃, ermittelt am Zeitpunkt T₃ (am Punkt 5110) größer als die Batteriespannungsdifferenzschwelle. Daher setzt das zweite Modul 5015 den Batteriebetrieb in der dritten Betriebsart 5070 fort.
Wie wiederum aus 90 hervorgeht, schaltet zum Zeitpunkt T₅, der wiederum etwa eine (1) Sekunde vom Zeitpunkt T₃ entfernt ist, die Mikrosteuerung 140 den Schalter 180 in einen nicht-leitenden Zustand am Punkt 5130. Nach dem Schalten des Schalters 180 am Punkt 5130 führt die Mikrosteuerung 140 eine weitere Batteriespannungsmessung durch. Vor T₆ und dem Ablauf des Messzeitraums T_measure führt die Mikrosteuerung 140 eine andere Batteriespannungsmessung durch, bevor sie den Schalter 180 in einen leitenden Zustand am Punkt 5135 schaltet.
Wie in 90 gezeigt, nimmt während der Zeit T₄ und der Zeit T₅ die Batteriespannung 5090 gegenüber der weiteren Batteriespannung V₄ am Punkt 5125 ab auf die fünfte Batteriespannung V₅ am Punkt 5140. Wiederum erholt sich während des Messzeitraums T_measure die Batteriespannung 5090 von der fünften Batteriespannung V₅ am Punkt 5140 auf die sechste Batteriespannung V₆ am Punkt 5145. Bei der dargestellten Konstruktion ist die Differenz V_diff zwischen der sechsten Batteriespannung V₆, ermittelt am Zeitpunkt T₆ (am Punkt 5135), und der fünften Batteriespannung V₅, ermittelt zum Zeitpunkt T₅ (am Punkt 5130) kleiner als die Batteriespannungsdifferenzschwelle. Daher stellt das zweite Modul 5015 fest, dass sich die Batterie 50 an einen Zustand mit erforderlicher Sperrung annähert, und triggert die Batterie 50, damit sie in der Impulsbetriebsart 5030 arbeitet.
Wie voranstehend erläutert, kann die Batterie 50 weiterhin ein drittes Modul 5020 aufweisen, das die Batterietemperatur überwacht. Wenn das dritte Modul 5020 eine hohe Batterietemperatur feststellt (auch bezeichnet als "Batterietemperaturüberschreitungszustand"), triggert das dritte Modul 5020 den Betriebsablauf für die Impulsbetriebsart 5030 für die Batterie 50. Bei dieser Konstruktion ist ein Batterietemperaturüberschreitungszustand nahe an einem Zustand mit erforderlicher Sperrung.
Wie in 88 gezeigt, weist das dritte Modul 5020 einen Temperaturzähler 5170 auf. Wenn das dritte Modul 5020 die Temperaturmessvorrichtung (beispielsweise den Thermistor 150) abliest, inkrementiert das dritte Modul 5020 den Temperaturzähler 5170 um Eins (1) für jede aufeinanderfolgende Temperaturablesung, die größer oder gleich einer Batterietemperaturüberschreitungsschwelle ist. Bei einigen Konstruktionen ist die Batterietemperaturüberschreitungsschwelle annähernd gleich 75 °. Weiterhin verringert das dritte Modul 5020 den Temperaturzähler 5170 um Eins (1) für jede Ablesung, die kleiner ist als die Batterietemperaturüberschreitungsschwelle. Wenn der Temperaturzähler 5170 fünf (5) aufeinanderfolgende Batterietemperaturüberschreitungsablesungen gesammelt hat, triggert das dritte Modul 5020 den Betrieb 50 so, dass sie in dem Impulsbetrieb 5030 arbeitet. Bei einem Beispiel für die Implementierung zeigt ein Zählwert von fünf (5) aufeinanderfolgenden Batterietemperaturüberschreitungsablesungen an, dass sich die Batterie 50 einem Zustand mit erforderlicher Sperrung nähert.
Bei einigen Konstruktionen kann die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) nur die Batterie 50 freischalten (also den Halbleiterschalter 180 in den Leitungszustand versetzen, um einen Entladungsstrom fließen zu lassen), wenn die Mikrosteuerung 140 feststellt, dass die Batterie 50 an einen Verbraucher oder ein elektrisches Gerät angeschlossen ist. Bei einigen Konstruktionen kann hierdurch ein Schutz gegen einen Kurzschluss der Batterie 50 zur Verfügung gestellt werden.
Wenn beispielsweise die Batterie 50 zur Stromversorgung eines Elektrowerkzeugs 55 verwendet wird, stellt die Mikrosteuerung 140 fest, ob die Batterie 50 mit dem Werkzeug 55 verbunden ist oder nicht, bevor sie den Halbleiterschalter 180 in den leitenden Zustand versetzt. Die Batterie 50 kann beispielsweise einen mechanischen Schalter (nicht gezeigt) aufweisen, der auf dem Gehäuse 65 oder innerhalb der Klemmenhalterungen 70 angeordnet ist, um das Vorhandensein eines elektrischen Geräts und den Anschluss zu diesem festzustellen, beispielsweise in Bezug auf das Elektrowerkzeug 55. Die Batterie 50 kann weiterhin einen Sensor (nicht gezeigt) aufweisen, der in der Batterie 50 angeordnet ist, um das Vorhandensein eines elektrischen Geräts und die Verbindung mit diesem festzustellen. Der Sensor kann beispielsweise entweder an die positive Klemme 110, die negative Klemme 115, die Messklemme 120, oder eine andere spezielle Klemme angeschlossen sein, um ein Signal von dem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektrowerkzeug 55, zu empfangen oder zu erfassen.
Wie voranstehend erwähnt, unterbricht bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) periodisch den Entladungsstrom, um die Batteriespannung oder die Spannung einer oder mehrerer Batteriezellen 80 zu messen. So kann beispielsweise die Mikrosteuerung 140 (oder die Schaltung 130) die Batteriespannung und/oder eine oder mehrere Zellenspannungen bei einer Abtastrate von etwa einmal pro Sekunde abtasten. Wenn die Mikrosteuerung 140 eine oder mehrere Spannungen abtastet, stellt die Mikrosteuerung 140 den Halbleiterschalter 180 auf einen nicht-leitenden Zustand für ein kurzes Zeitintervall ein, beispielsweise etwa 10 μs. Wenn sich die Batterie 50 im Gebrauch befindet (also einen Entladungsstrom für einen Verbraucher wie beispielsweise ein Elektrowerkzeug zur Verfügung stellt), kann die kurze Stromunterbrechung von dem Benutzer nicht wahrgenommen werden. Durch Unterbrechung des Entladungsstroms kann die Mikrosteuerung 140 einen exakteren Zustand des Ladungswertes der Batterie 50 erhalten.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Schaltung 130, beispielsweise der Mikroprozessor 140, verschiedene Reaktionszeiten zum Reagieren oder Antworten auf überwachte Batterieeigenschaften aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann die variable Reaktionszeit mehrere Überwachungsbetriebsarten für die Schaltung 130 umfassen. Daher kann die Schaltung 130 (beispielsweise der Mikroprozessor 140) in mehreren Betriebsarten arbeiten, wenn Batterieeigenschaften erfasst und/oder überwacht werden, beispielsweise der Zellenladungszustand, der Batterieladungszustand, und andere ähnliche Batterieeigenschaften. So kann beispielsweise der Mikroprozessor 140 eine erste Betriebsart aufweisen, mit einer ersten Abtastrate, und eine zweite Betriebsart mit einer zweiten Abtastrate. Bei einigen Konstruktionen kann die erste Abtastrate eingestellt werden, und verschieden von der zweiten Abtastrate sein, die ebenfalls eingestellt werden kann. Bei anderen Konstruktionen kann die erste Abtastrate von einem ersten Parameter abhängen, der beispielsweise eine oder mehrere Batterieeigenschaften enthält, ein oder mehrere Steuersignale von einem elektrischen Gerät (beispielsweise dem Elektrowerkzeug 55 oder dem Batterieladegerät 60), und dergleichen, und kann sich in Abhängigkeit von diesem ersten Parameter ändern. Entsprechend kann auch die zweite Abtastrate von dem ersten Parameter abhängig sein, oder von einem zweiten Parameter abhängen (beispielsweise ähnlich dem ersten Parameter), und kann sich entsprechend dem zweiten Parameter ändern. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 zusätzliche Abtastraten und zusätzliche Betriebsarten aufweisen, wie nachstehend erläutert.
Bei einigen Konstruktionen kann beispielsweise der Mikroprozessor 140 in einer ersten Betriebsart oder einer "langsamen" Betriebsart arbeiten. Bei diesen Konstruktionen kann der Betrieb in der langsamen Betriebsart die Aktivierung des Schalters 180 infolge von Spannungsabfällen verringern, durch Verlängerung der Reaktionszeit. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 in der langsamen Betriebsart arbeiten, wenn die Belastung der Batterie 20 nicht hoch genug ist, um eine schnelle Reaktionszeit zu erfordern (beispielsweise die Stromabnahme relativ niedrig ist). Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 in der langsamen Betriebsart arbeiten, bis der momentane Batterieladungszustand auf unterhalb einer vorbestimmten Schwelle abfällt, beispielsweise etwa 10 % des restlichen Ladungszustandes.
Bei einem Beispiel für die Implementierung kann der Mikroprozessor 140 die Zellenspannungen mit niedriger Rate abtasten, beispielsweise einmal pro Sekunde, wenn er in der langsamen Betriebsart arbeitet. Da der Mikroprozessor 140 eine Abtastung mit niedriger Rate durchführt, tritt bei dem Mikroprozessor 140 eine langsamere Reaktionszeit auf. Bei einigen Konstruktionen kann die langsamere Betriebsart ausreichend für die meisten Überwachungszustände sein, und kann den Ruhestrom verringern, welchen die Schaltung 130 benötigt (beispielsweise der Mikroprozessor 140 und zusätzliche Schaltungen). Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 so lange in der langsamen Betriebsart arbeiten, wie sich die Zellenspannungen oberhalb einer vorbestimmten Schwelle oder "Betriebsartumschaltschwelle" befinden, beispielsweise 3,73 V.
Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 in einer zweiten Betriebsart oder einer "schnellen" Betriebsart arbeiten. Bei diesen Konstruktionen kann der Betrieb in der schnellen Betriebsart die Reaktionszeit zur Erfassung eines abnormalen Zustands verkürzen. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 in der schnellen Betriebsart arbeiten, wenn eine oder mehrere Zellenspannungen auf die vorbestimmte Schwelle oder "Betriebsartumschaltschwelle" absinken, beispielsweise auf 3,73 V. Bei einigen Betriebsarten kann der Mikroprozessor 140 in der schnellen Betriebsart arbeiten, wenn der momentane Batterieladungszustand auf unterhalb einer vorbestimmten Schwelle absinkt, beispielsweise annähernd 10 % der Restladung.
Bei einem anderen Beispiel für die Implementierung tastet der Mikroprozessor 140 die Zellenspannungen mit einer schnellen Rate ab, beispielsweise mit 100 Abtastungen pro Sekunde, wenn er in der schnellen Betriebsart arbeitet. Bei einigen Konstruktionen können die Zellenspannungen, die von dem Mikroprozessor 140 abgetastet werden, über eine bestimmte Anzahl an Proben gemittelt werden, bevor eine Aktivierung des Schalters 180 auftritt. Beispielsweise kann bei einigen Konstruktionen der Schalter 180 nicht durch den Mikroprozessor 140 aktiviert werden, bis der Mittelwert von dreißig Abtastungen kleiner oder gleich der Zellenumkehrschwelle ist. Das Mitteln der Abtastungen kann zu dem Effekt führen, dass ein digitales "Filtern" der Spannungsinformation erfolgt, die von dem Mikroprozessor 140 gelesen wird, und kann für eine gewisse Verzögerung des Mikroprozessors 140 sorgen, um den Einschaltstrom und/oder Spannungsabfälle zu ignorieren. Das Mitteln der Abtastungen kann auch die Auswirkung aufweisen, die Spannungsinformation von elektrischem Rauschen infolge externer Drehzahlsteuerschaltungen zu filtern. Bei einigen Konstruktionen kann die Anzahl an Abtastungen zum Mitteln variieren, abhängig von der Betriebsart des Mikroprozessors 140, der Art der überwachten Batterieeigenschaft, und dergleichen.
Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 auch den Schalter 180 aktivieren, beim Arbeiten in der schnellen Betriebsart, wenn die Zellenspannung über eine vorbestimmte Schwelle absinkt, beispielsweise eine Abschneideschwelle, über einen bestimmten Zeitraum, wie beispielsweise einige Sekunden. Bei einigen Konstruktionen kann die Abschaltschwelle größer sein als die Zellenumkehrschwelle. So kann beispielsweise die Abschaltschwelle gleich etwa 2 V sein, und die Zellenumkehrschwelle gleich etwa 1 V. Falls die Spannung unter 1 V absinkt, kann die Reaktionszeit erheblich schneller sein (in der Größenordnung von 300 ms). Die variablen Reaktionszeiten können das Ausmaß störender Abschaltungen verringern, wobei die Zellen immer noch ausreichend geschützt werden.
Bei einigen Konstruktionen können die Spannungsschwellen (die Abschneideschwelle und die Zellenumkehrschwelle) nach oben oder unten eingestellt werden, durch den Mikroprozessor 140, in Abhängigkeit von der Batterietemperatur. Dies ermöglicht eine Optimierung auf Grundlage der Batterietemperatureigenschaften.
Bei einem weiteren Beispiel für die Implementierung kann der Mikroprozessor 140 die Reaktionszeiten dadurch ändern, dass er die Anzahl an zu mittelnden Abtastwerten variiert. So kann beispielsweise der Mikroprozessor 140 eine Batterieeigenschaft wie beispielsweise die Batterietemperatur abtasten. Bei einer ersten Betriebsart kann der Mikroprozessor 140 eine "langsame" Reaktionszeit aufweisen, durch Mitteln der Batterietemperaturmessungen über 50 Abtastwerte. Bei einer zweiten Betriebsart kann der Mikroprozessor 140 eine "schnelle" Reaktionszeit aufweisen, durch Mitteln der Batterietemperaturmessungen über 30 Abtastwerte. Bei einigen Konstruktionen können die Messungen mit derselben Rate abgetastet werden. Bei anderen Konstruktionen können die Messungen mit unterschiedlichen Raten abgetastet werden. So kann beispielsweise die erste Betriebsart die Messungen mit einer Rate von annähernd einer Abtastung pro Sekunde abtasten, und kann die zweite Betriebsart die Messungen mit einer Rate von etwa 10 Abtastungen pro Sekunde abtasten.
Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 die Stromabgabe steuern und begrenzen, ohne dass Strommessvorrichtungen erforderlich sind, da der Mikroprozessor 140 einen hohen Entladungsstrom durch Überwachung der Zellenspannungen erfassen kann. Wenn beispielsweise ein Verbraucher mit hohem Strom dazu führt, dass die Zellenspannungen auf ein niedriges Niveau absinken, beispielsweise auf die Abschneideschwelle und/oder die Zellenumkehrschwelle, so kann der Mikroprozessor 140 den Schalter 180 aktivieren, und die Batterie 20 sperren. Der Mikroprozessor 140 kann indirekt die Stromabgabe dadurch begrenzen, dass die Zellenspannung überwacht wird, und die Batterie 20 gesperrt wird, wenn die Zellenspannung auf bestimmte Niveaus absinkt (beispielsweise auf die Abschneideschwelle und/oder die Zellenumkehrschwelle).
Bei einigen Konstruktionen und Aspekten kann die Schaltung 130 (beispielsweise bei einigen Konstruktionen der Mikroprozessor 140) die Batteriezustände überwachen (beispielsweise Batteriezellenspannung bzw. momentanen Ladungszustand, Batteriezellentemperaturen, Batteriesatzspannung in Bezug auf den momentanen Ladungszustand, Batteriesatztemperatur, und dergleichen), und zwar periodisch, um den Abzug eines parasitären Stroms von der Batterie 50 zu verringern. Bei diesen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 in einer "Schlafbetriebsart" über einen ersten, vorher festgelegten Zeitraum arbeiten (also einen "Schlafzeitzeitraum"). Während der Schlafbetriebsart zieht der Mikroprozessor 140 einen niedrigen Ruhestrom von der Batterie 50 ab. Wenn der Schlafzeitraum abläuft, kann der Mikroprozessor 140 "aufwachen", oder kann, anders ausgedrückt, in einer aktiven Betriebsart über einen zweiten, vorher festgelegten Zeitraum (beispielsweise einen "aktiven Zeitraum") arbeiten. Während der aktiven Betriebsart kann der Mikroprozessor 140 einen oder mehrere Batteriezustände überwachen.
Bei einigen Konstruktionen kann der Ruhezeitraum länger sein als der aktive Zeitraum. Bei einigen Konstruktionen kann das Verhältnis des aktiven Zeitraums zum Ruhezeitraum niedrig sein, so dass der mittlere, parasitäre Abzug des Stroms niedrig ist. Bei einigen Konstruktionen kann das Verhältnis eingestellt (beispielsweise vergrößert) werden, während Zeiträumen bekannter Batterieaktivität, beispielsweise dann, wenn der Mikroprozessor 140 einen Entladungsstrom oder einen Ladungsstrom annähernd in der Nähe einer vorbestimmten Schwelle erfasst. Bei einigen Konstruktionen kann, wenn der Mikroprozessor 140 bestimmte Spannungs- und/oder Temperatureigenschaften feststellt, der Ruhezeitraum verkürzt werden, und/oder der aktive Zeitraum vergrößert werden.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Schaltung 130 eine Spannungsdetektorschaltung 259 aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann die Spannungsdetektorschaltung 259 mehrere Widerstände 260 aufweisen, die Widerstandsteilernetzwerke bilden. Wie bei der dargestellten Konstruktion gezeigt, können die mehreren Widerstände 260 Widerstände 260a-d aufweisen. Die mehreren Widerstände 260 können elektrisch mit einer oder mehreren Batteriezellen 80a-g und mehreren Transistoren 265 verbunden sein. Bei der dargestellten Konstruktion können die mehreren Transistoren 265 Transistoren 265a-d oder 265a-f umfassen. Bei einigen Konstruktionen kann die Anzahl an Widerständen, die bei den mehreren Widerständen 260 vorhanden sind, gleich der Anzahl an Transistoren sein, die bei den mehreren Transistoren 265 vorhanden sind.
Bei einigen Konstruktionen können die Spannungseigenschaften der Batterie 50 und/oder der Batteriezellen 80 durch den Mikroprozessor 140 über die mehreren Widerstände 260 gelesen werden, wenn sich der Mikroprozessor 140 in der aktiven Betriebsart befindet. Bei einigen Konstruktionen kann der Mikroprozessor 140 ein Spannungsableseereignis dadurch einleiten, dass der Transistor (bzw. die Transistoren) 270 eingeschaltet wird (bzw. werden) (also der Transistor 270 nicht leitend wird). Wenn der oder die Transistoren 270 nicht-leitend sind, werden die Transistoren 265a-d leitend, und können Spannungsmessungen in Bezug auf die Batterie 50 und/oder die Batteriezellen 80 von dem Mikroprozessor 140 durchgeführt werden. Das Vorsehen der mehreren Transistoren 265 in der Batterie 50 kann den parasitären Stromabzug von der Batterie 50 verringern, da die Transistoren 265 nur periodisch leitend sind.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kommuniziert der Mikroprozessor 140 Batteriesatzeigenschaften und/oder Bedingungen an elektrische Geräte, beispielsweise an ein Elektrowerkzeug 55 und/oder ein Batterieladegerät 60, wenn die Batterie 50 und das elektrische Gerät elektrisch verbunden sind. Bei einigen Konstruktionen kommuniziert der Mikroprozessor 140 mit dem elektrischen Gerät digital auf serielle Art und Weise. Die Messklemme 120 der Batterie 50 stellt eine serielle Kommunikationsverbindung zwischen dem Mikroprozessor 140 und dem elektrischen Gerät zur Verfügung. Die Information in Bezug auf die Batterie 50, die zwischen dem Mikroprozessor 140 und dem elektrischen Gerät ausgetauscht werden kann, umfasst, ist jedoch nicht hierauf beschränkt, die chemischen Eigenschaften des Batteriesatzes, die Nennspannung des Batteriesatzes, die Batteriesatztemperatur, den momentanen Ladungszustand des Batteriesatzes, die Nennspannung einer oder sämtlicher Batteriezellen, die Temperatur einer oder sämtlicher Batteriezellen, den momentanen Ladungszustand einer oder sämtlicher Batteriezellen, Kalibriertechniken bzw. -information, Ladebefehle, die Anzahl an Ladungszyklen, die erwartete verbleibende Lebensdauer, Entladeinformation, usw.
Bei einigen Konstruktionen kann ein elektrisches Gerät, beispielsweise ein Batterieladegerät 60, den Mikroprozessor 140 kalibrieren, wenn eine elektrische Verbindung eingerichtet wird. Bei einigen Konstruktionen ist die Messschaltung, die in dem Batterieladegerät 60 vorhanden ist, exakter als die Schaltung, die in der Batterie 50 vorhanden ist. Daher kalibriert das Batterieladegerät 60 den Mikroprozessor 140 und/oder die Schaltung 130 in der Batterie 50, um Batteriemessungen zu verbessern, die von dem Mikroprozessor 140 und/oder der Schaltung 130 durchgeführt werden.
Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 auch einen Spannungsregler 273 enthalten. Der Spannungsregler 273 kann eine geeignete Spannung dem Mikroprozessor 140, den LEDs 170a-d der Energievorratsanzeige 155 und jedem anderen, zusätzlichen elektrischen Bauteil zuführen, das die Eingabe einer konstanten Spannung benötigt. Bei der dargestellten Konstruktion kann der Spannungsregler 273 etwa 5 V ausgeben.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Batterie 50 einen Kühlkörper 275 aufweisen. Der Kühlkörper 275 kann in Wärmeleitungsverbindung mit dem Leistungs-FET oder dem Schalter 180 stehen. Der Kühlkörper 275 kann dazu dienen, von dem Schalter 180 erzeugte Wärme vom Schalter 180 abzuführen.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Batterie 50 weiterhin ein Wärmeübertragungsrohr (nicht gezeigt) oder ein Gebläse (nicht gezeigt) aufweisen, um die vom Kühlkörper 275 abgeführte Wärmemenge zu erhöhen. Ein derartiges Wärmeübertragungsrohr kann in Wärmeleitungsverbindung mit dem Kühlkörper 275 stehen, um von dem Kühlkörper 275 gesammelte Wärme abzuführen. Ein derartiges Gebläse kann an einem solchen Ort angeordnet sein, dass es einen Fluss von Kühlluft über den Kühlkörper 275 erzeugt. Belüftungsöffnungen (nicht gezeigt) können in dem Gehäuse 65 der Batterie 50 angeordnet sein, damit Kühlluft in den Batteriesatz hineingelangen kann, und die erwärmte Luft den Batteriesatz verlassen kann. Bei einigen Konstruktionen können das Wärmeübertragungsrohr und/oder das Gebläse so angeordnet sein, dass sie von den Batteriezellen 80a-e erzeugte Wärme sammeln und/oder abführen, zusätzlich zum Kühlkörper 275, oder statt des Kühlkörpers.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Batterie 50 weiterhin ein Phasenänderungsmaterial 300 (siehe 17-19) aufweisen. Bei derartigen Konstruktionen kann das Phasenänderungsmaterial 300 so angeordnet sein, dass es von den Batteriezellen 80a-g und leitfähigen Laschen 100 (nicht in den 17-19 dargestellt) erzeugte Wärme absorbiert und/oder abführt. Wenn bei dem Phasenänderungsmaterial 300 eine Phasentransformation auftritt (beispielsweise von fest zu flüssig, von flüssig zu gasförmig, von flüssig zu fest, von gasförmig zu flüssig, usw.), bei einer Phasenänderungstemperatur, wird eine große Energiemenge absorbiert oder freigegeben (also latente Schmelzwärme, latente Verdampfungswärme, usw.). Während einer derartigen Phasentransformation kann das Phasenänderungsmaterial 300 eine relativ konstante Temperatur aufweisen.
Bei einem Beispiel für die Implementierung kann die Temperatur der Batteriezellen 80 zunehmen, wenn eine Belastung auf die Batteriezellen 80 einwirkt. Bei einigen Konstruktionen kann, wie in 20 dargestellt, das Phasenänderungsmaterial 300 jede der Batteriezellen 80 umgeben. Bei derartigen Konstruktionen kann von den Batteriezellen 80 erzeugte Wärme zuerst an eine äußere Oberfläche 305 der Batteriezellen 80 weitergeleitet werden, und dann an das umgebende Phasenänderungsmaterial 300. Wenn das Phasenänderungsmaterial 300 weiterhin Wärme von den Batteriezellen 80 und den leitfähigen Laschen 100 absorbiert, kann die Temperatur des Phasenänderungsmaterials 300 zunehmen. Wenn die Temperatur des Phasenänderungsmaterials 300 die Phasenänderungstemperatur erreicht, kann das Phasenänderungsmaterial 300 damit anfangen, eine Phasentransformation von einer ersten Phase zu einer zweiten Phase durchzuführen, während die Temperatur des Phasenänderungsmaterials 300 relativ konstant und annähernd gleich der Phasenänderungstemperatur bleibt. Bei einigen Konstruktionen kann das Phasenänderungsmaterial 300 weiterhin eine Phasentransformation durchführen, bis sich das Phasenänderungsmaterial 300 vollständig in die zweite Phase umgewandelt hat, und/oder die Belastung nicht mehr auf die Batteriezellen 80 einwirkt (also die Batteriezellen 80 keine Wärme mehr erzeugen).
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann das Phasenänderungsmaterial 300 eine Phasenänderungstemperatur aufweisen, die größer ist als eine erwartete Umgebungstemperatur, und kleiner als eine maximale zulässige Batteriezellentemperatur. Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann das Phasenänderungsmaterial 300 eine Phasenänderungstemperatur zwischen –34 °C und 116 °C aufweisen. Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann das Phasenänderungsmaterial 300 eine Phasenänderungstemperatur zwischen 40 °C und 80 °C aufweisen. Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann das Phasenänderungsmaterial 300 eine Phasenänderungstemperatur zwischen 50 °C und 65 °C aufweisen.
Das Phasenänderungsmaterial 300 kann jedes geeignete Phasenänderungsmaterial sein, kann eine hohe latente Wärme pro Masseneinheit aufweisen, kann Wärmezyklen durchlaufen, kann inert sein, nicht-korrosiv, nicht-kontaminierend, und kann Paraffinwachse enthalten (beispielsweise jene, die von Rubitherm^® mit Hauptquartier in Hamburg, Deutschland bezogen werden können), eutektische Mischungen von Salzen (beispielsweise jene, die von Climator in Skovde, Schweden erhältlich sind), halogenierte Kohlenwasserstoffe und Mischungen aus diesen, Salzhydratlösungen, Polyethylenglycol, Stearinsäure, und Kombinationen hieraus von diesen.
Eine alternative Konstruktion einer Batterie 50A ist in den 21 und 22 dargestellt. Gemeinsame Elemente weisen dasselbe Bezugszeichen "A" auf.
Bei der dargestellten Konstruktion kann die Batterie 50A zusätzlich einen Kühlkörper 275A aufweisen, um Wärme von der Batteriezelle 80A über eine größere Fläche des Phasenänderungsmaterials 300A zu verteilen. Der Kühlkörper 275A kann auch dazu eingesetzt werden, zusätzliche Wärmespeicherkapazität zur Verfügung zu stellen, um von den Batteriezellen 80A erzeugte Wärme zu absorbieren und/oder abzuführen.
Bei einigen Konstruktionen kann der Kühlkörper 275A ein Element (nicht gezeigt) aufweisen, das jede der Batteriezellen 80a-e einzeln und insgesamt umschlingt. Bei anderen Konstruktionen kann der Kühlkörper 275A mehrere Teile aufweisen, so dass jede Batteriezelle 80A im wesentlichen von einem Kühlkörper 275A umschlungen ist, wie in den 21 und 22 gezeigt ist. Bei noch anderen Konstruktionen kann, wie in 21 gezeigt, der Kühlkörper 275A einen inneren, zylindrischen Abschnitt 320 in der Nähe der äußeren Oberfläche 305A der Batteriezelle 80A aufweisen, einen äußeren zylindrischen Abschnitt 325, der in einer Entfernung in Radialrichtung von dem inneren zylindrischen Abschnitt 320 angeordnet ist, und Radialrippen 330, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, und den inneren zylindrischen Abschnitt 320 und den äußeren zylindrischen Abschnitt 325 verbinden, und dazwischen einen Raum 335 ausbilden. Der Raum 335 kann mit einem Phasenänderungsmaterial 300A gefüllt sein. Eine ähnliche Anordnung wie jene, die in 21 gezeigt ist, kann auch dazu eingesetzt werden, mehrere Batteriezellen einzukapseln (nicht gezeigt). Bei noch anderen Konstruktionen kann der Kühlkörper 275A Radialrippen 330 aufweisen, wie voranstehend geschildert, ohne den inneren zylindrischen Abschnitt 320 und/oder den äußeren zylindrischen Abschnitt 325 zu verwenden.
Bei einer anderen alternativen Konstruktion, wie in 22 gezeigt, kann der Kühlkörper 275B einen inneren zylindrischen Abschnitt 320B und Radialrippen 330B wie voranstehend geschildert aufweisen, und kann das Phasenänderungsmaterial 300B gegenüber der Batteriezelle 80B und dem Kühlkörper 275B versetzt angeordnet sein. Es wird darauf hingewiesen, dass andere Anordnungen von Kühlkörper und Phasenänderungsmaterial möglich sind. Der Kühlkörper 275 kann aus einem Metall (beispielsweise Aluminium) bestehen, einem Polymer (beispielsweise Nylon), und/oder jedem anderen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und spezifischer Wärme.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Batterie 50 Polsterteile oder "Puffer" 340 aufweisen. Wie in den 20A und B gezeigt, kann die innere Oberfläche 345 des Batteriegehäuses 65 ein oder mehrere Polsterteile 340 aufweisen. Bei einigen Konstruktionen können die Polsterteile 340 vereinigt mit dem Gehäuse 65 ausgebildet sein. Bei anderen Konstruktionen können die Polsterteile 340 an der Innenoberfläche 345 des Gehäuses 65 angebracht oder befestigt sein. Bei weiteren Konstruktionen kann das Polsterteil 340 mit einer oder mehreren Batteriezellen 80 oder einer Endkappe 350 (teilweise in 16 gezeigt) verbunden sein, welche eines der Enden der Batteriezellen 80 umgibt. Bei einigen Konstruktionen können die Polsterteile 375 Energie während eines Aufpralls aufnehmen, und die Batteriezellen 80 während des Aufpralls schützen, durch Begrenzung der Energiemenge, die an die Zellen 80 übertragen wird. Die Polsterteile 345 können jeden thermoplastischen Gummi enthalten, beispielsweise Polypropylen RPT 100 FRHI (beispielsweise entflammungshemmend und für hohen Aufprall).
Wie in den 21A-C, 22 und 23 gezeigt, kann die Batterie 50 so ausgebildet sein, dass sie mit einem elektrischen Gerät verbunden wird, etwa dem Elektrowerkzeug 55. Das Elektrowerkzeug 55 weist ein Gehäuse 400 auf. Das Gehäuse kann einen Verbindungsabschnitt 405 zur Verfügung stellen, an welchem die Batterie 50 angeschlossen werden kann. Der Verbindungsabschnitt 405 kann eine oder mehrere Klemmen für elektrische Geräte (schematisch in 22 gezeigt) aufweisen, um elektrisch die Batterie 50 mit dem Elektrowerkzeug 55 zu verbinden. Die in dem Elektrowerkzeug 55 vorgesehenen Klemmen sind so ausgebildet, dass sie zu den Klemmen 110, 115 und/oder 120 passen, die in der Batterie 50 vorgesehen sind, und Energie und/oder Information von der Batterie 50 empfangen.
Bei einigen Konstruktionen, beispielsweise den Konstruktionen, die schematisch in den 21A-C gezeigt sind, kann das Elektrowerkzeug 55 eine Schaltung 420 aufweisen, um mit der Batterie 50 zu kommunizieren, Information von der Batterie 50 zu empfangen, den Betrieb des Elektrowerkzeugs 55 zu steuern, und/oder den Entladevorgang der Batterie 50 zu steuern. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 420 eine Mikrosteuerung enthalten, oder auch nicht. Bei der dargestellten Konstruktion kann das Elektrowerkzeug 55 eine positive Klemme 430 zum Anschluss an die positive Klemme 110 der Batterie 50 aufweisen, eine negative Klemme 435 zum Anschluss an die negative Klemme 115 der Batterie 50, und eine Messklemme 440 zum Anschluss an die Messklemme 120 der Batterie 50. Der Mikroprozessor 420 kann elektrisch an jede der Klemmen 430, 435 und 440 angeschlossen sein.
Die Schaltung 420 kann mit der Batterie 50 kommunizieren, oder Information von der Batterie 50 empfangen, über die Messklemme 440, unabhängig davon, ob die Batterie 50 einen Mikroprozessor, beispielsweise den Mikroprozessor 140, aufweist oder nicht. Bei Konstruktionen, bei welchen die Batterie 50 einen Mikroprozessor aufweist, etwa den Mikroprozessor 140, kann eine Kommunikation in zwei Richtungen über die Messklemmen 120 und 440 erfolgen. Der Mikroprozessor 140 und die Schaltung 420 können Information vorwärts und rückwärts austauschen, beispielsweise Batterieeigenschaften, Betriebszeit des Elektrowerkzeugs, und Anforderungen des Elektrowerkzeugs (beispielsweise Nennwerte für den Strom und/oder die Spannung).
Bei Konstruktionen, bei welchen die Batterie 50 keinen Mikroprozessor aufweist, misst oder erfasst die Schaltung 420 periodisch ein oder mehrere Elemente oder Bauteile in der Batterie 50, um Batterieeigenschaften und/oder Batteriebetriebsinformation zu bestimmen, beispielsweise die chemischen Eigenschaften der Batterie, die Nennspannung, den momentanen Batterieladezustand, Zellenspannungen, Temperaturen, usw. Die Schaltung 420 kann den Betrieb des Elektrowerkzeugs 55 auf Grundlage dieser und anderer Batterieeigenschaften und Betriebsinformation steuern.
Beispielsweise kann bei einigen Konstruktionen die Schaltung 420 einen Prozessor aufweisen, der so programmiert ist, dass er die Batterietemperatur erfasst, und das Elektrowerkzeug 55 sperrt, wenn die Batterietemperatur oberhalb einer Schwellentemperatur liegt. Bei diesem Beispiel erfasst der Mikroprozessor 420 periodisch den Widerstand eines Thermistors 150, der sich in der Batterie 50 befindet, und bestimmt die Temperatur des Satzes 50 während des Betriebs des Werkzeugs (also wenn ein Motor 450 in dem Werkzeug 55 in Betrieb ist). Der Mikroprozessor 420 stellt dann fest, ob die Temperatur der Batterie 50 innerhalb eines geeigneten Betriebsbereiches liegt. Dies kann dadurch erzielt werden, dass ein oder mehrere Temperaturbereiche in dem Mikroprozessor 420 gespeichert werden, was es dem Mikroprozessor 420 ermöglicht, die erfasste Temperatur der Batterie 50 mit dem einen Bereich oder den mehreren Bereichen zu vergleichen. Liegt die Temperatur der Batterie 50 nicht im geeigneten Betriebsbereich, unterbricht der Mikroprozessor 420 den Stromfluss von der Batterie 50, und/oder schaltet den Motor 450 ab. Bei einigen Konstruktionen setzt der Mikroprozessor 420 die Sperrung des Motors 450 und/oder die Unterbrechung des Stromflusses von der Batterie 50 fort, bis die Temperatur der Batterie 50 innerhalb des geeigneten Betriebsbereiches liegt. Bei einigen Konstruktionen, bei welchen der Mikroprozessor 420 feststellt, dass die Temperatur der Batterie 50 nicht in einem geeigneten Betriebsbereich liegt, sperrt der Mikroprozessor 420 nicht den Motor 450, bis der Mikroprozessor 420 feststellt, dass ein niedriger Entladungsstrom dem Motor 450 von der Batterie 50 zugeführt wird. Bei einigen Konstruktionen wird der Motor 450 erneut freigeschaltet (so dass das Elektrowerkzeug 55 betriebsfähig ist), wenn der Mikroprozessor 420 feststellt, dass die Batterie 50 von dem Elektrowerkzeug 55 entfernt wurde.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann das Elektrowerkzeug 55 auch einen Ventilator oder ein Gebläse 470 aufweisen, um Kühlluft durch das Werkzeug 55 und den Batteriesatz 50 zwangsweise zu führen, wie in 21B gezeigt ist. Die Batteriezellen 80a, Kühlkörper 275, Wärmeübertragungsrohre (nicht gezeigt) und/oder der Leistungs-FET oder Schalter 180, falls in der Batterie 50 vorgesehen, können dann durch die durchgehende Luft gekühlt werden. Bei einer derartigen Konstruktion enthalten die Batterie 50 und das Elektrowerkzeug 55 eine oder mehrere Belüftungsöffnungen, damit Kühlluft hinein und erwärmte Luft heraus gelangen kann. Das Elektrowerkzeug 55 weist eine oder mehrere Belüftungsöffnungen 475 auf, die bei der dargestellten Konstruktion im wesentlichen auf der Oberseite des Elektrowerkzeuggehäuses 400 angeordnet sind. Das Elektrowerkzeug 55 weist weiterhin eine oder mehrere Auslassbelüftungsöffnungen 480 auf, die im wesentlichen am Boden des Verbindungsabschnitts 405 des Elektrowerkzeugs 55 angeordnet sind. Die Auslassbelüftungsöffnungen 480, die in dem Elektrowerkzeug 55 vorgesehen sind, sind ebenfalls so angeordnet, dass sich die Eislassbelüftungsöffnungen (nicht gezeigt) der Batterie 50 im wesentlichen unterhalb der Auslassbelüftungsöffnungen 480 befinden. Bei der dargestellten Konstruktion treibt ein in dem Elektrowerkzeug 55 vorgesehener Motor 485 den Ventilator 470 an. Bei einigen Konstruktionen kontrolliert ein in dem Elektrowerkzeug 55 vorgesehener Mikroprozessor 490 den Betrieb des Ventilators 470. Der Mikroprozessor 490 kann den Ventilator 470 während vorbestimmter Zeitintervalle und/oder dann aktivieren, wenn eine hohe Batterietemperatur festgestellt wird.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann das Elektrowerkzeug 55 beispielsweise eine Schaltung 420 aufweisen, die den Betrieb des Elektrowerkzeugs 55 freischaltet. So kann beispielsweise, wie in den 21C und 68 gezeigt, das Elektrowerkzeug 55 eine Schaltung 420 enthalten, die ein Signal an die Mikrosteuerung 140 der Batterie 50 über die Messklemme 120 der Batterie 50 und eine Messklemme 425 des Elektrowerkzeugs 55 erzeugt. Wenn die Mikrosteuerung 140 das Signal empfängt oder erfasst, kann die Mikrosteuerung 140 den Schalter 180 aktivieren (also den Schalter 180 in den leitenden Zustand versetzen), und die Batterie 50 zur Lieferung von Energie an das Elektrowerkzeug 55 freischalten.
Bei einigen Konstruktionen kann die in dem Elektrowerkzeug 55 enthaltene Schaltung 420 eine einfache passive Schaltung enthalten, die ein oder mehrere elektrische Bauteile aufweist, so beispielsweise einen oder mehrere Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden, und dergleichen. Bei anderen Konstruktionen kann die Schaltung 420 eine Mikrosteuerung (nicht gezeigt) enthalten, die von einer kleinen Batterie (nicht gezeigt) versorgt wird, die in dem Werkzeug 55 vorgesehen ist, oder durch Signale von der Mikrosteuerung 140 der Batterie 50 versorgt wird. Bei weiteren Konstruktionen kann die Schaltung 420 andere geeignete Bauteile zur Erzeugung eines Signals enthalten.
Bei noch weiteren Konstruktionen kann die Schaltung 420 einen Speicher enthalten, auf den ein Zugriff durch die Mikrosteuerung 140 durch die Messklemme 120 der Batterie und die Messklemme 425 des Elektrowerkzeugs 55 erfolgt. Der Speicher kann das erforderliche Signal zur Verfügung stellen, das eine eingerichtete Verbindung zwischen dem Werkzeug 55 und der Batterie 50 anzeigt, wenn auf ihn durch die Mikrosteuerung 140 zugegriffen wird. Bei einigen Konstruktionen kann der Speicher auch zusätzliche Information enthalten, zur Unterstützung des Betriebs der Batterie 50 und des Elektrowerkzeugs 55. So kann beispielsweise der Speicher Werkzeugeigenschaften enthalten, beispielsweise die Art des Werkzeugs 55, Information auf vorherigen Gebrauch des Werkzeugs (beispielsweise mittlere Laufzeit, mittlere Stromaufnahme, und dergleichen), Spannungs-, Strom- und/oder Leistungsnennwerte des Werkzeugs 55, und dergleichen. Der Speicher kann auch andere Information enthalten, die der Batterie-Mikrosteuerung 140 zugeführt werden soll, beispielsweise Spannungswandlerinformation (wobei beispielsweise das Werkzeug 55 12 V erfordert, und die Batterie 50 typischerweise 18 V liefert), unterschiedliche Raten für die Mikrosteuerung 140 zum Abtasten von Batterieeigenschaften, unterschiedliche Schwellen für den Entladungsbetrieb, und dergleichen.
Bei einigen Konstruktionen kann die Batterie 50 nur dann freigeschaltet sein, wenn das elektrische Gerät aktiviert ist. So kann beispielsweise, wie in 68 gezeigt, die Batterie 50 die Aktivierung eines Triggerschalters 430 eines Elektrowerkzeugs 55 feststellen. Bei dieser Konstruktion enthält das Elektrowerkzeug 55 einen Triggerschalter 430, welcher den Betrieb des Elektrowerkzeugs 55 aktiviert. Der Triggerschalter 430 ist an den Motor 438 und eine positive Klemme 432 des Werkzeugs 55 angeschlossen. Das Werkzeug 55 weist weiterhin einen Hilfsschalter oder Kontakt 435 auf, der auf die Aktivierung des Triggerschalters 430 reagiert. Wie in 68 gezeigt, ist der Hilfskontakt 435 an eine Informationsklemme angeschlossen, beispielsweise eine Messklemme 425 des Werkzeugs 55, und an eine negative Klemme 434 des Werkzeugs 55.
Wenn im Betrieb ein Benutzer den Triggerschalter 430 herunterdrückt (den Schalter 430 schließt, und herkömmlich vollständig die Schaltung von der Batterie 50 zum Werkzeug 55), schließt auch der Hilfskontakt 435 in dem Werkzeug 55. Die Mikrosteuerung 140 in der Batterie 50 stellt das Schließen des Hilfsschalters 425 durch die Messklemme 120 oder eine andere Informationsklemme fest. Die Mikrosteuerung 140 versetzt den Halbleiterschalter 180 in den leitenden Zustand, um das Werkzeug 55 mit Energie zu versorgen.
Bei dieser Konstruktion kann die Mikrosteuerung 140 das Vorhandensein der Kommunikationsleitung 440 zwischen der Batterie 40 und dem Werkzeug 55 feststellen, und kann zwischen einer Kurzschlussverbindung und einer offenen Verbindung unterscheiden. Die Batterie 50 kann auch eine Kommunikationsleitungs-Schnittstelle 445 aufweisen, um Schaltentprellung zur Verfügung zu stellen, die Feststellung verschmutzter Kontakte, Schwingungsfestigkeit, minimale Ein- und Ausschaltzeiten, und dergleichen.
Wie in 21C ebenfalls gezeigt, kann die in der Batterie 50 vorgesehene Schaltung 130 Ladungszustandsinformation an die Mikrosteuerung 420 übertragen, die in dem Elektrowerkzeug 55 vorgesehen ist. Bei dieser Konstruktion kann die Schaltung 420 in dem Elektrowerkzeug 55 die Batterieladungszustandsinformation auf einer Energievorratsanzeige 155a anzeigen, die auf oder in dem Gehäuse des Werkzeugs 55 vorgesehen ist. Bei dieser Konstruktion kann die Energievorratsanzeige 155a gleich der Energievorratsanzeige 155 sein, die in der Batterie 50 vorgesehen ist, und auf entsprechende Weise betrieben werden (beispielsweise in einer automatischen Anzeigebetriebsart, einer Handanzeigebetriebsart, und dergleichen). Bei einigen Konstruktionen kann die Energievorratsanzeige 155a einen Druckknopf 160 aufweisen, und kann mehr oder weniger LEDs (beispielsweise LEDs 170a-d) als gezeigt und beschrieben aufweisen.
Wie in 23 gezeigt, kann die in der Batterie 50 vorgesehene Schaltung 130 auch dazu verwendet werden, den Betrieb eines elektrischen Gerätes zu steuern, beispielsweise eines Elektrowerkzeugs 55. Bei der dargestellten Konstruktion weist das Elektrowerkzeug 55 einen Motor 450 auf, einen durch einen Benutzer aktivierten Triggerschalter 491, eine Drehzahlsteuerschaltung 492, eine elektrische Kupplung 493, und eine Bremse 494. Das Werkzeug 55 weist weiterhin eine positive Klemme 900 auf, zum Anschluss an die positive Klemme 105 der Batterie 50, eine negative Klemme 901, zum Anschluss an die negative Klemme 110 der Batterie 50, und zwei Messklemmen 902a und 902b zum Anschluss an zwei Messklemmen 120a und 120b der Batterie 50. Bei anderen Konstruktionen können das Elektrowerkzeug 55 und die Batterie 50 mehr oder weniger Klemmen als gezeigt und beschrieben aufweisen.
Bei dieser Konstruktion kann die Schaltung 130 eine Werkzeugdrehzahlsteuerung zur Verfügung stellen, und kann Parameter oder Eigenschaften des Batteriesatzes überwachen. Der Leistungs-MOSFET oder Leistungsschalter 180 kann die Schaltfunktion der Drehzahlsteuerschaltung des Werkzeugs 55 steuern. Bei dieser Konstruktion kann der Leistungs-MOSFET, der bei der Drehzahlsteuerschaltung 492 eingesetzt wird, in der Batterie 50 anstatt im Elektrowerkzeug 55 vorgesehen sein.
Wie in 24 gezeigt, ist die Batterie 50 weiterhin so ausgelegt, dass sie an ein elektrisches Gerät angeschlossen wird, beispielsweise das Batterieladegerät 60. Das Batterieladegerät 60 enthält ein Gehäuse 500. Das Gehäuse 500 stellt einen Verbindungsabschnitt 505 zur Verfügung, an welchen die Batterie 50 angeschlossen wird. Der Verbindungsabschnitt 505 enthält eine oder mehrere Klemmen (nicht gezeigt) für ein elektrisches Gerät für den elektrischen Anschluss der Batterie 50 an das Batterieladegerät 60. Die in dem Batterieladegerät 60 vorgesehenen Klemmen sind so ausgebildet, dass sie zu den bei der Batterie 50 vorgesehenen Klemmen passen, und Energie und Information zur Batterie 50 übertragen und von dieser empfangen.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten weist das Batterieladegerät 60 weiterhin einen Mikroprozessor oder eine Mikrosteuerung 510 auf. Die Mikrosteuerung 510 steuert die Übertragung von Energie zwischen der Batterie 50 und dem Batterieladegerät 60. Bei einigen Konstruktionen steuert die Mikrosteuerung 510 die Übertragung von Information zwischen der Batterie 50 und dem Batterieladegerät 60. Bei einigen Konstruktionen identifiziert und/oder bestimmt die Mikrosteuerung 510 eine oder mehrere Eigenschaften oder einen oder mehrere Zustände der Batterie 50 auf Grundlage von Signalen, die von der Batterie 50 empfangen werden. Weiterhin kann die Mikrosteuerung 510 den Betrieb des Ladegeräts 60 auf Grundlage von Identifizierungseigenschaften der Batterie 50 steuern.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten lässt das Batterieladegerät 60 das Schema oder Verfahren zum Laden der Batterie 50 auf der Temperatur der Batterie 50 beruhen. Bei einer Konstruktion liefert das Batterieladegerät 60 einen Ladestrom an die Batterie 50, während periodisch die Temperatur der Batterie 50 erfasst oder überwacht wird. Wenn die Batterie 50 einen Mikroprozessor enthält, misst das Batterieladegerät 60 periodisch den Widerstand eines Thermistors, beispielsweise des Thermistors 150, nach vorbestimmten Zeiträumen. Wenn die Batterie 50 einen Mikroprozessor enthält, etwa den Mikroprozessor 140, dann führt das Batterieladegerät 60 entweder: 1) eine Abfrage des Mikroprozessors 140 periodisch durch, um die Batterietemperatur zu bestimmen und/oder ob die Batterietemperatur außerhalb eines oder mehrerer geeigneter Betriebsbereiche liegt; oder 2) wartet auf den Empfang eines Signals von dem Mikroprozessor 140, das anzeigt, dass die Batterietemperatur nicht innerhalb eines geeigneten Betriebsbereiches liegt.
Bei einigen Konstruktionen unterbricht das Batterieladegerät 60 den Ladestrom, sobald die Batterietemperatur eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, oder nicht innerhalb eines geeigneten Betriebsbereiches liegt. Das Batterieladegerät 60 setzt die periodische Erfassung oder Überwachung der Batterietemperatur fort, oder wartet auf den Empfang eines Signals von dem Mikroprozessor 140, das anzeigt, dass die Batterietemperatur innerhalb eines geeigneten Betriebsbereiches liegt. Liegt die Batterietemperatur innerhalb eines geeigneten Betriebsbereiches, kann das Batterieladegerät 60 die Lieferung des Ladestroms an die Batterie 50 wieder aufnehmen. Das Batterieladegerät 60 setzt die Überwachung der Batterietemperatur fort, und setzt die Unterbrechung und Wiederaufnahme des Ladestroms auf Grundlage der festgestellten Batterietemperatur fort. Bei einigen Konstruktionen beendet das Batterieladegerät 60 das Aufladen nach einem vorbestimmten Zeitraum, oder wenn der momentane Batterieladungszustand eine vorbestimmte Schwelle erreicht.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten können die Batterie 50 und/oder die elektrischen Geräte, beispielsweise das Elektrowerkzeug 55 und das Batterieladegerät 60, ungleichgewichtige Batteriezellen innerhalb der Batterie 50 feststellen. Bei einigen Konstruktionen überwacht, anstatt jede Batteriezelle 80a-e zu überwachen, ein Mikroprozessor wie beispielsweise der Mikroprozessor 140, 420, 490 und/oder 510 (der "überwachende Mikroprozessor") nur zwei Gruppen von Batteriezellen 80, und bestimmt das Zellenungleichgewicht unter Verwendung eines Verhältnisses von Spannungen der beiden Zellengruppen.
Zum Beispiel ist eine Batterie 600 teilweise in 25 gezeigt. Bei einigen Konstruktionen ist die Batterie 600 gleich der Batterie 50 und enthält einen Mikroprozessor 140.
Bei anderen Konstruktionen enthält die Batterie 600 keinen Mikroprozessor. Bei der dargestellten Konstruktion enthält die Batterie 600 fünf Batteriezellen 605a, 605b, 605c, 605d und 605e, die jeweils im wesentlichen die gleiche Nennspannung aufweisen, beispielsweise annähernd 4 V.
Die Batteriezellen 605a-e sind in zwei Gruppen angeordnet, Gruppe 610 und Gruppe 615. Die Gruppe 610 enthält Batteriezellen 605a und 605b, und die Gruppe 615 enthält Batteriezellen 605c, 605d und 605e.
Die Batterie 600 weist weiterhin eine Leitung oder Anzapfung 620 auf, die eine Spannung V₆₁₅ über der Gruppe 615 zur Verfügung stellt (also die Gesamtspannung der Batteriezellen 605c, 605d und 605e). Wenn die Batteriezellen 605a-e annähernd voll geladen sind, ist die Spannung V₆₁₅ der Gruppe 615 gleich annähernd 12 V. Die Spannung V_T ist die Spannung über sämtlichen Batteriezellen 605a-e. Wenn die Batteriezellen 605a-e im wesentlichen voll geladen sind, ist die Spannung V_T gleich annähernd 20 V.
Der überwachende Mikroprozessor ist so programmiert, dass er die Spannungen V₆₁₅ und V_T überwacht. Bei einigen Konstruktionen überwacht der überwachende Mikroprozessor die Spannungen V₆₁₅ und V_T entweder durchgehend oder periodisch, und berechnet ein Verhältnis R zwischen den gemessenen Spannungen V₆₁₅ und V_T. Das Verhältnis R wird durch folgende Gleichung bestimmt: R = V615/UT [e1]
Wenn die Zellen 605a-e im wesentlichen ausgeglichen sind, ist das Verhältnis R gleich annähernd 0,6. Besteht bei einer oder mehreren Zellen aus der ersten Gruppe ein Ungleichgewicht (also weist sie einen momentanen Zellenzustand der Ladung oder eine Zellenspannung niedriger als bei den anderen Zellen auf) während des Ladens oder Entladens, ist das Verhältnis R höher als 0,6. Falls bei einer oder mehreren Zellen aus der zweiten Gruppe 615 ein Ungleichgewicht während des Ladens oder Entladens besteht, ist das Verhältnis R niedriger als 0,6. Wenn bei zwei Zellen, einer aus der ersten Gruppe 610 und einer aus der zweiten Gruppe 615 (beispielsweise die Zelle 605a und die Zelle 605e) ein Ungleichgewicht während des Ladens oder Entladens vorhanden ist, ist das Verhältnis R höher als 0,6. Anders ausgedrückt wird, falls eine ungleichgewichtige Zelle auftritt, das Verhältnis R positiv oder negativ von dem ausgeglichenen Verhältnis von 0,6 abweichen. Wenn der überwachende Mikroprozessor ein Zellenungleichgewicht feststellt, also ein Verhältnis R berechnet, das wesentlich höher oder niedriger ist als das Gleichgewichtsverhältnis von 0,6, wird der Betrieb der Batterie 600 (also Laden und/oder Entladen) unterbrochen oder geändert. Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten wird der Betrieb der Batterie 600 unterbrochen oder geändert, wenn das Verhältnis R nicht innerhalb des Bereiches von etwa 0,55 bis etwa 0,65 liegt.
26 und 27 sind Diagramme, die ein Beispiel dafür erläutern, wann annähernd ein Ungleichgewicht innerhalb der Batterie 600 auftritt, und wie das Verhältnis R von seinem ausgeglichenen Verhältnis während dieses Vorgangs abweicht. Bei diesem Beispiel weist jede Zelle 605a-e eine Nennspannung von etwa 4 V auf, und ist das ausgeglichene Verhältnis des Verhältnisses R annähernd 0,6 oder 60,0 %.
Bei der dargestellten Konstruktion gibt die Achse 700 die Zeit in Sekunden an, die Achse 705 die Spannung in Volt, und die Achse 710 ein Verhältnis oder einen Prozentsatz in Volt/Volt. Die Linie 715a repräsentiert den zeitlichen Verlauf der Spannung der Zelle 605a, die Linie 715b repräsentiert den zeitlichen Verlauf der Spannung der Zelle 605b, und die Linie 715c repräsentiert den zeitlichen Verlauf der Spannung der Zelle 605c. Die Linie 715d repräsentiert den zeitlichen Verlauf der Spannung der Zelle 605d, die Linie 715e repräsentiert den zeitlichen Verlauf der Spannung der Zelle 605e, und die Linie 720 repräsentiert den zeitlichen Verlauf des Verhältnisses R.
Bei dem dargestellten Beispiel tritt ein Ungleichgewicht (bezeichnet im Diagramm durch das Bezugszeichen 725) bei annähernd 86 Sekunden auf. Das Ungleichgewicht 725 wird durch die Zelle 605e hervorgerufen, die in der Gruppe 615 enthalten ist. Zu diesem Zeitpunkt (t = 86 s) beginnt das Verhältnis 720 abzunehmen, oder von dem ausgeglichenen Verhältnis von 0,6 (also 60 %) abzuweichen. Da das Verhältnis 720 abnimmt, kann festgestellt werden, dass die ungleichgewichtige Zelle sich in der Gruppe 615 befindet. Wenn sich das Verhältnis R an den Wert von 55,0 % bei annähernd bei 91 Sekunden annähert (bezeichnet in 28 durch das Bezugszeichen 730), beträgt die Spannung der Zelle 605e annähernd 1 V. Bei einigen Konstruktionen stellt der überwachende Mikroprozessor fest, dass das Verhältnis R auf annähernd 55,0 % abgesunken ist, und beendet dann den Betrieb der Batterie 60, um eine weitere Entladung der Zelle 605e zu vermeiden.
Bei einigen Konstruktionen überwacht der überwachende Mikroprozessor die Spannung jeder Batteriezelle, anstatt des Einsatzes eines auf einem Verhältnis beruhenden Überwachungsverfahrens, beispielsweise der Mikroprozessor 140. Wie voranstehend erläutert, weist die Batterie 50 die mehreren Widerstände 260 zur Bereitstellung von Spannungsmessungen der Batteriezellen 80 auf. Die mehreren Widerstände 260 sind so ausgebildet, dass der Mikroprozessor 140 die Spannung jeder der Batteriezellen 80a-g annähernd zur selben Zeit messen kann. Bei einigen Konstruktionen stellt der Mikroprozessor 140 ein Ungleichgewicht innerhalb der Batterie 50 fest, wenn eine oder mehrere Zellen 80 annähernd 1 V erreichen.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Batterie 50 oder 600 das Gleichgewicht der Zellen 80a-g oder 605a-e wieder herstellen, wenn ein Ungleichgewicht festgestellt wurde. Bei einigen Konstruktionen sperrt der überwachende Mikroprozessor die Batterie 50 oder 600 (beispielsweise unterbricht den Batteriebetrieb, verhindert den Batteriebetrieb, usw.), wenn das ausgeglichene Verhältnis R nicht länger innerhalb eines akzeptablen Bereiches liegt. Nachdem die Batterie 50 oder 600 gesperrt wurde, stellt der überwachende Mikroprozessor fest, welche Zelle oder Zellen 80a-e oder 605a-e ein Ungleichgewicht aufweisen (die "Niederspannungszelle").
Bei einigen Konstruktionen aktiviert der Mikroprozessor die jeweiligen Transistoren oder schaltet sie ein, beispielsweise die Transistoren 265a-f, die elektrisch mit jenen Zellen 80a-g oder 605a-e verbunden sind, die keinen niedrigen momentanen Ladungszustand aufweisen (also Zellen, die einen höheren momentanen Ladungszustand aufweisen als die Niederspannungszelle). Der überwachende Mikroprozessor beginnt mit einer kontrollierten Entladung der Zellen 80a-q oder 615a-e mit hohem momentanen Ladungszustand. So steuert beispielsweise der überwachende Mikroprozessor den kleinen Entladungsstrom, der von den ausgeglichenen Zellen 80a-e oder 605a-e durch die jeweiligen Transistoren fließt. Der überwachende Mikroprozessor setzt die Durchführung von Spannungsmessungen der Zellen 80a-g oder 605a-e während des kontrollierten Entladungsvorgangs fort. Der überwachende Mikroprozessor beendet den gesteuerten Entladungsvorgang, wenn der momentane Ladungszustand der Zellen 80a-g oder 605a-e mit höherem Ladungszustand so abgesunken ist, dass er annähernd gleich der vorherigen Niederspannungszelle ist.
Bei einigen Konstruktionen verwendet der überwachende Mikroprozessor den gesteuerten Entladungsvorgang zur Stromversorgung einer Anzeige, beispielsweise durch Blinken lassen sämtlicher LEDs 170a-d auf der Energievorratsanzeige 155. Bei dieser Konstruktion zeigen beispielsweise die blinkenden LEDs 170a-d einer Bedienungsperson oder einem Benutzer an, dass die Batterie 50 oder 600 gesperrt ist und/oder momentan den Vorgang durchläuft, die Zellen 80a-g oder 605a-e wieder ins Gleichgewicht zu bringen.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Schaltung 130 verschiedene Daten speichern, welche die Batterie 50 betreffen. So kann beispielsweise bei einer Konstruktion die Schaltung 130 den Mikroprozessor 140 oder einen getrennten Speicher-IC (nicht gezeigt) enthalten. Bei einer Konstruktion kann die Mikrosteuerung 140 (oder der Speicher-IC) mit einer Bezugszeit oder einem Bezugsdatum nach Zusammenbau der Batterie 50 programmiert werden. Die Bezugszeit kann als ein erster Zeitwert gespeichert werden. Die Schaltung 130 kann auch ein Echtzeit-Uhrmodul (nicht gezeigt) aufweisen, das durch eine oder mehrere Batteriezellen 80 mit Strom versorgt werden kann. Sobald die Mikrosteuerung 140 (oder der Speicher-IC) mit der Bezugszeit bzw. dem Bezugsdatum programmiert ist, kann die Schaltung 130 die Echtzeituhr laufen lassen, bis ein bestimmtes Ereignis stattfindet, und kann dann die Zeit, an welcher das Ereignis stattfand, als zweiten Zeitwert speichern. Die Schaltung 130 oder ein externes Gerät, beispielsweise ein Batterieladegerät 60, kann dann die verstrichene Zeit bestimmen, bis das Ereignis stattfand, aus dem ersten und dem zweiten Zeitwert.
Bei einer Konstruktion kann beispielsweise die Schaltung 130 die von der Herstellung bis zum ersten Laden der Batterie 50 verstrichene Zeit bestimmen. Bei dieser Konstruktion wird die Batterie 50 auf dem Batterieladegerät 60 angebracht, und wenn das Batterieladegerät 60 mit dem Liefern eines Ladestroms an die Batterie 50 beginnt, kann entweder die Mikrosteuerung 140 oder das Batterieladegerät 60 diesen Vorgang als die erste Aufladung der Batterie 50 identifizieren. Während des Ladens kann die Batterie 50 den momentanen Echtzeit-Uhrwert in der Mikrosteuerung 140 (oder dem Speicher-IC) als den zweiten Zeitwert speichern. Die verstrichene Zeit (wie sie aus dem ersten und dem zweiten Zeitwert bestimmt wurde) kann dazu verwendet werden, besser den Garantiezeitraum der Batterie 50 zu überprüfen, wobei dies ein Beispiel ist. Bei anderen Konstruktionen kann die Schaltung 130 Zeiten entsprechend verschiedenen Ereignissen speichern, beispielsweise einen oder mehrere Zeitpunkte der Wartung (beispielsweise erster, zweiter Zeitpunkt, letzter Zeitpunkt, und dergleichen), eine oder mehrere Zeiten der Kalibrierung, eine oder mehrere Zeiten der Entladung, eine oder mehrere Zeiten der Ladung, eine oder mehrere Zeiten der Abschaltung, eine Kombination aus diesen, und dergleichen.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Schaltung 130 (oder die Mikrosteuerung 140) auch dazu programmiert werden, um Bauteilausfälle zu bestimmen und zu untersuchen. Bei einigen Konstruktionen kann die Mikrosteuerung 140 auch so programmiert werden, dass sie bestimmt, ob eine Abschaltung der Batterie 50 erforderlich ist.
Bei einer Konstruktion kann die Mikrosteuerung 140 so programmiert werden, dass sie Bauteilfehler oder -ausfälle in der Batterie 50 feststellt, die kritisch für den Betrieb sind (also harte Ausfälle). Ein Beispiel für einen harten Ausfall kann einen fehlerhaften Betrieb des Halbleiterschalters 180 umfassen. Wenn die Mikrosteuerung 140 einen harten Ausfall in der Batterie 50 feststellt, kann die Mikrosteuerung 140 so programmiert sein, dass sie den Betrieb der Batterie 50 verhindert (also verhindert, dass die Batterie 50 Entladungsstrom an ein elektrisches Gerät liefert). In diesen Fällen kann die Mikrosteuerung 140 auch beispielsweise die Energievorratsanzeige 155 aktivieren, um eine Anzeige an den Benutzer anzuzeigen, dass ein harter Ausfall festgestellt wurde, und die Batterie 50 eine Reparatur benötigt.
Bei einigen Konstruktionen kann die Mikrosteuerung 140 auch so programmiert sein, dass sie Komponentenfehler oder Ausfälle in der Batterie 50 feststellt, die nicht kritisch für den Betrieb sind (also weiche Ausfälle). Ein Beispiel für einen weichen Ausfall kann einen fehlerhaften Betrieb der Temperaturmessvorrichtung umfassen. Andere Beispiele können einen fehlerhaften Betrieb der Energievorratsanzeige 155 umfassen, einen fehlerhaften Betrieb der Spannungsdetektorschaltung 259 für eine oder mehrere Batteriezellen 80, und dergleichen. Ähnlich der Feststellung von harten Ausfällen kann bei einigen Konstruktionen die Mikrosteuerung 140 auch die Energievorratsanzeige 155 aktivieren, um eine Anzeige für den Benutzer anzuzeigen, dass ein weicher Ausfall festgestellt wurde, jedoch der Batteriebetrieb weitergehen kann.
Wenn die Mikrosteuerung 140 einen Bauteilausfall in der Batterie 50 feststellt, stellt die Mikrosteuerung 140 fest, ob der Ausfall ein harter Ausfall oder ein weicher Ausfall ist. Ist der Bauteilausfall ein weicher Ausfall, ändert die Mikrosteuerung 140 ihren Betrieb ab, um den Batteriebetrieb fortzusetzen. Wenn die Mikrosteuerung 140 einen fehlerhaften Zustand der Ladungsmessung für eine Batteriezelle 80 empfängt (beispielsweise einen Zustand der Ladungsablesung außerhalb eines akzeptablen Bereiches, beispielsweise von 0 V bis annähernd der Nennspannung der Batteriezelle 80), kann die Mikrosteuerung 140 zum Beispiel den Betrieb dadurch abändern, dass ein mittlerer Zustand des Ladungswertes der Batteriezelle 80 mit dem fehlerhaften Zustand der Ladungsablesung zugeordnet wird. In diesem Fall bestimmt die Mikrosteuerung 140 den Ladungszustand der gesamten Batterie 50, und teilt den Batterieladungszustand durch die Anzahl an Batteriezellen 80, um den mittleren Zustand der Ladungsablesung zu erzeugen. Durch Verwendung dieser Approximation für den momentanen Ladungszustand der Batteriezelle kann die Mikrosteuerung 140 den Batteriebetrieb fortsetzen.
Bei diesen Konstruktionen kann, wenn ein weicher Ausfall festgestellt wurde, die Batterie 50 den Betrieb fortsetzen, jedoch kann es sein, dass sie nicht die beste Leistung zur Verfügung stellt, im Vergleich zu einer Batterie 50 ohne irgendwelche Bauteilausfälle. Bei einigen Konstruktionen ermöglicht die Fähigkeit der Mikrosteuerung 140, weiche und harte Ausfälle zu erfassen und zu bestimmen, es der Batterie 50, den Betrieb bei jenen Bauteilausfällen fortzusetzen, die nicht kritisch für den Batteriebetrieb sind (also nicht den Benutzer mit einem unnötigen Abschalten oder einer Sperrung der Batterie belasten), sperrt jedoch den Batteriebetrieb für jene Bauteilausfälle, die kritisch für den Batteriebetrieb sind.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Batterie 50 eine Spannungsklemmung (nicht gezeigt) aufweisen, um die Mikrosteuerung 140 gegen ein Einrasten zu schützen. Beispielsweise hört, wenn die Mikrosteuerung 140 einrastet, die Mikrosteuerung 140 damit auf, irgendeine ihrer Software oder Firmware laufen zu lassen, und wird der Halbleiterschalter 180 nicht im leitenden Zustand gehalten (was dazu führt, dass kein Strom von der Batterie 50 abgezogen wird). Die Mikrosteuerung 140 kann einrasten, weil zu starkes Rauschen auf die Mikrosteuerung 140 einwirkt, oder wenn eine Spannung höher als ein vorgegebener Eingangswert (beispielsweise 4,1 V) an die Stromversorgung oder einzelne Pins der Mikrosteuerung 140 angelegt wird (auch als "Überspannung" bezeichnet). Bei einigen Konstruktionen kann, wenn die Mikrosteuerung 140 einrastet, die Batterie 50 nicht entladen oder geladen werden. Weiterhin kann der Strom, welchen die Schaltung 130 zieht, erheblich höher als normal sein. Die Batterie 50 kann auch auf sehr niedrige Spannungen gesetzt werden, und es können möglicherweise eine oder mehrere Batteriezellen 80 in relativ kurzer Zeit beschädigt werden.
Überspannungen an der Mikrosteuerung 140 können einen Kurzschluss von einer der Batterieklemmen, beispielsweise der Messklemme 120, zu einer anderen Batterieklemme umfassen, beispielsweise der positiven Klemme 110, während der Halbleiterschalter 180 gesperrt ist, oder das Anbringen einer Batterie 50 auf einem Batterieladegerät 60, das nicht an eine Stromversorgungsquelle angeschlossen ist. Bei einigen Konstruktionen kann die Schaltung 130 eine Überspannung bei der Mikrosteuerung 140 dadurch verhindern, dass eine Spannungsklemmung (nicht gezeigt) zwischen der Messklemme 120 und Masse vorgesehen ist. Während dies das Einrasten der Mikrosteuerung 140 verhindert, kann die Spannungsklemmung das Abnehmen eines höheren Stroms von der Batterie 50 hervorrufen, wenn die Batterie 50 auf einem Batterieladegerät 60 angebracht wird, das nicht an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Ein sekundärer Schalter (nicht gezeigt), der in der Schaltung des Batterieladegerätes 60 enthalten ist, kann die Messklemme 120 der Batterie 50 oder die Messklemme des Batterieladegeräts 60 abschalten, wenn das Batterieladegerät 60 nicht mit Energie versorgt wird. Bei anderen Konstruktionen kann die Batterieladegerätschaltung ein Relais (nicht gezeigt) aufweisen.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann, wenn der Thermistor 150 in der Batterie 50 ausfällt, die Mikrosteuerung 140 einen an Bord befindlichen Temperatursensor einsetzen, der in der Mikrosteuerung 140 vorhanden ist. Der Temperatursensor an Bord kann dazu verwendet werden, die Thermistormessungen zu überprüfen, und irgendwelche Messungen übersteuern, wenn es so aussieht, dass die Messung fehlerhaft ist. Bei diesen Konstruktionen ermöglicht dann der Temperatursensor an Bord, dass die Batterie 50 ihren Betrieb im Falle des Ausfalls eines Thermistors 150 fortsetzt.
Wie voranstehend erwähnt, kann bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten die Mikrosteuerung 140 einen oder mehrere Sicherheitscodes speichern, welche die Batterie 50 sperren, bis ein Überprüfungsvorgang (beispielsweise ein Datenaustausch) stabil mit einem elektrischen Gerät abgelaufen ist.
Bei einigen Konstruktionen kann ein Benutzer eine oder mehrere Batterien 50 mit einem maßgeschneiderten Sicherheitscode programmieren, der nur von bestimmten elektrischen Geräten gelesen werden kann, beispielsweise einem oder mehreren Batterieladegeräten 60, die mit einem entsprechenden Code programmiert sind. Entsprechend kann ein Benutzer ein oder mehrere Batterieladegeräte 60 mit einem maßgeschneiderten Sicherheitscode programmieren, so dass das Batterieladegerät 60 nur mit Batterien 50 mit einem entsprechenden Sicherheitscode kommunizieren und/oder diese laden kann. Bei diesen Konstruktionen sorgen die Sicherheitscodes für ein Niveau eines Diebstahlschutzes, da die programmierten Batterien 50 und die programmierten Batterieladegeräte 60 nur mit elektrischen Geräten und Batterien kommunizieren und Energie mit diesen austauschen können, die entsprechende Sicherheitscodes aufweisen.
Bei einem Beispiel für die Implementierung weist jede Batterie 50 einen Standard-Sicherheitscode auf, beispielsweise 000. Der Standard-Sicherheitscode ermöglicht es der Batterie 50 mit jedem Batterieladegerät 60 zu kommunizieren und von diesem geladen zu werden, unabhängig von dem Sicherheitscode des Ladegeräts. Die Batterien 50 und Batterieladegeräte 60 können auf verschiedene Arten und Weisen programmiert werden. Wenn beispielsweise eine oder mehrere Batterien 50 und ein Batterieladegerät 60 als ein Satz verkauft werden, können die eine oder die mehreren Batterien 50 und das Ladegerät 60 mit einem Sicherheitscode durch den Hersteller oder Händler programmiert werden. Eine Batterie 50 kann getrennt von dem Batterieladegerät 60 programmiert werden, oder es können die Batterie 50 und das Batterieladegerät 60 beinahe gleichzeitig programmiert werden, während die Batterie 50 an das Ladegerät 60 angeschlossen ist.
Bei einer Konstruktion zum Programmieren des Batterieladegerätes 60 und der Batterie 50 versucht die Batterie 50 einen Anschluss zum Einrichten einer Kommunikation mit dem Ladegerät 60. Wenn die Kommunikation eingerichtet ist, dann enthält die Batterie 50 entweder einen Standard-Sicherheitscode oder einen Sicherheitscode, welchen das Batterieladegerät 60 erkennt. Der Sicherheitscode, welcher dem Batterieladegerät 60 zugeordnet ist, kann in der Steuerung des Ladegeräts gespeichert sein, oder kann außerhalb des Ladegeräts 60 gespeichert sein. Der Code kann beispielsweise in einem Schlüsselanhänger enthalten sein, in einem Transponder, einem Strichcode oder einem entsprechenden physikalischen, externen Gerät, welches ein Benutzer in das Batterieladegerät 60 einsetzen muss. Wie in 24 gezeigt, kann das Batterieladegerät 60 mit einem Eingabegerät 512 ausgerüstet sein, das den Sicherheitscode von einer externen Quelle empfangen kann. Bei einigen Konstruktionen kann das Eingabegerät 512 einen Empfänger, einen Strichcodeleser, einen Magnetkartenleser, einen Schlüssel, einen Berührungsbildschirm oder ein Tastenfeld (damit ein Benutzer von Hand den Sicherheitscode eingibt) oder andere entsprechende Geräte umfassen.
Wenn die Kommunikation eingerichtet ist, kann bei einigen Konstruktionen der Benutzer das Batterieladegerät 60 auffordern, den entsprechenden Sicherheitscode in die Batterie 50 einzuschreiben. Bei anderen Konstruktionen ist der Schreibbefehl automatisch. Die Aufforderung kann umfassen, den Sicherheitscode in das Eingabegerät 512 des Ladegeräts 60 durch Tasten einzugeben, und/oder einen Schalter oder einen Knopf auf dem Ladegerät 60 auszuwählen. Das Batterieladegerät 60 reagiert mit dem Senden des Codes an die Batterie 50, und die Batterie 50 speichert den Code in ihrem Mikroprozessor 140. Bei einigen Konstruktionen kann ein Benutzer verschiedene Batterien 50 und Batterieladegeräte 60 mit demselben Sicherheitscode programmieren.
Bei einigen Konstruktionen kann das Batterieladegerät 60 das Sicherheitsmerkmal sperren. Allerdings kann es bei diesen Konstruktionen passieren, dass das Batterieladegerät 60 immer noch nicht mit einer Batterie 50, die einen Sicherheitscode aufweist, kommunizieren und diese aufladen kann. Bei einigen Konstruktionen kann die Batterie 50 das Sicherheitsmerkmal über ein Batterieladegerät 60 sperren, mit welchem Kommunikation hergestellt wurde, oder über ein Servicezentrum.
Eine weitere schematische Darstellung der Batterie 50 ist in 28 gezeigt. Bei einigen Konstruktionen weist die Schaltung 130 ein elektrisches Bauteil wie beispielsweise einen Identifizierungswiderstand 750 auf, und weist der Identifizierungswiderstand 750 einen eingestellten Widerstandswert auf. Bei anderen Konstruktionen kann das elektrische Bauteil ein Kondensator sein, eine Induktivität, ein Transistor, ein Halbleiterelement, eine elektrische Schaltung oder ein anderes Bauteil, das einen Widerstand aufweist, oder ein elektrisches Signal senden kann, beispielsweise ein Mikroprozessor, ein digitales Logikbauteil und dergleichen. Bei der dargestellten Konstruktion kann der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 750 auf Grundlage von Eigenschaften der Batterie 50 ausgewählt werden, beispielsweise der Nennspannung und den chemischen Eigenschaften der Batteriezellen 80. Eine Messklemme 120 kann elektrisch mit dem Identifizierungswiderstand 750 verbunden sein.
Die Batterie 50, die schematisch in 28 gezeigt ist, kann elektrisch an ein elektrisches Gerät angeschlossen werden, beispielsweise ein Batterieladegerät 820 (ebenfalls schematisch dargestellt), um Energie zu empfangen oder zu übertragen. Das Batterieladegerät 820 kann eine positive Klemme 825 aufweisen, eine negative Klemme 828, und eine Messklemme 830. Jede Klemme 820, 828, 830 des Batterieladegeräts 820 kann elektrisch mit der entsprechenden Klemme 110, 115 bzw. 120 der Batterie 50 verbunden werden. Das Batterieladegerät 820 kann auch eine Schaltung aufweisen, die elektrische Bauteile aufweist, beispielsweise einen ersten Widerstand 835, einen zweiten Widerstand 840, ein Festkörper-Elektronikbauteil oder Halbleiter 855, einen Komparator 860, und einen Prozessor oder eine Mikrosteuerung (nicht gezeigt). Bei einigen Konstruktionen kann der Halbleiter 855 einen Transistor umfassen, der in Sättigung oder in einem Zustand "Ein" arbeiten kann, und im ausgeschalteten Zustand oder im Zustand "Aus" arbeiten kann. Bei einigen Konstruktionen kann der Komparator 860 eine spezielle Spannungsüberwachungsvorrichtung sein, ein Mikroprozessor, oder eine Verarbeitungseinheit. Bei anderen Konstruktionen kann der Komparator 860 in der Mikrosteuerung (nicht gezeigt) enthalten sein.
Bei einigen Konstruktionen kann die Mikrosteuerung (nicht gezeigt) so programmiert werden, dass sie den Widerstandswert des elektrischen Bauteils in der Batterie 50 feststellt, beispielsweise des Identifizierungswiderstandes 750. Die Mikrosteuerung kann auch so programmiert sein, dass sie eine oder mehrere Eigenschaften der Batterie 50 bestimmt, beispielsweise die chemischen Eigenschaften der Batterie und die Nennspannung der Batterie 50. Wie voranstehend erwähnt, kann der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 750 einem speziellen Wert entsprechen, der einer oder mehreren bestimmten Batterieeigenschaften zugeordnet ist. So kann beispielsweise der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 750 in einem Bereich von Widerstandswerten liegen, welche den chemischen Eigenschaften und der Nennspannung der Batterie 50 entsprechen.
Bei einigen Konstruktionen kann die Mikrosteuerung so programmiert sein, dass sie mehrere Widerstandsbereiche des Identifizierungswiderstands 750 erkennt. Bei diesen Konstruktionen entspricht jeder Bereich einer chemischen Eigenschaft der Batterie, beispielsweise NiCd, NiMH, Li-Ion, und dergleichen. Bei einigen Konstruktionen kann die Mikrosteuerung zusätzliche Widerstandsbereiche erkennen, die jeweils einer anderen Eigenschaft der Batterie oder einer anderen Batterieeigenschaft entsprechen.
Bei einigen Konstruktionen kann die Mikrosteuerung so programmiert sein, dass sie mehrere Spannungsbereiche erkennt. Die Spannungen, die in den Spannungsbereichen liegen, können von dem Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 750 abhängen oder diesem entsprechen, so dass die Mikrosteuerung den Wert des Widerstands 750 auf Grundlage der gemessenen Spannung bestimmen kann.
Bei einigen Konstruktionen kann der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 750 weiter so gewählt sein, dass er eindeutig für jeden möglichen nominellen Spannungswert der Batterie 50 ist. So kann beispielsweise in einem Bereich von Widerstandswerten ein erster spezieller Widerstandswert einer Nennspannung von 21 V entsprechen, kann ein zweiter spezieller Widerstandswert einer Nennspannung von 16,8 V entsprechen, und kann ein dritter spezieller Widerstandswert einer Nennspannung von 12,6 V entsprechen. Bei einigen Konstruktionen können mehr oder weniger spezielle Widerstandswerte vorhanden sein, die jeweils einer möglichen Nennspannung der Batterie 50 entsprechen, welche dem Widerstandswert zugeordnet ist.
Bei einem Beispiel für die Implementierung wird die Batterie 50 elektrisch mit dem Batterieladegerät 820 verbunden. Um eine erste Batterieeigenschaft zu identifizieren, schaltet der Halbleiter 855 auf den Zustand "Ein", gesteuert durch eine zusätzliche Schaltung (nicht gezeigt). Befindet sich der Halbleiter 855 in dem Zustand "Ein", erzeugen der Identifizierungswiderstand 750 und die Widerstände 835 und 840 ein Spannungsteilernetzwerk. Das Netzwerk stellt eine Spannung V_A an einem ersten Bezugspunkt 875 ein. Wenn der Widerstandswert des Widerstands 840 signifikant niedriger ist als der Widerstandswert des Widerstands 835, dann hängt die Spannung V_A von den Widerstandswerten des Identifizierungswiderstands 750 und des Widerstands 840 ab. Bei dieser Implementierung liegt die Spannung V_A in einem Bereich, der durch den Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 750 bestimmt wird. Die Mikrosteuerung (nicht gezeigt) misst die Spannung V_A an dem ersten Bezugspunkt 875, und bestimmt den Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 750 auf Grundlage der Spannung V_A. Bei einigen Konstruktionen vergleicht die Mikrosteuerung die Spannung V_A mit mehreren Spannungsbereichen, um die Batterieeigenschaft zu bestimmen.
Bei einigen Konstruktionen kann die erste Batterieeigenschaft, die identifiziert werden soll, die chemischen Eigenschaften der Batterie umfassen. So kann beispielsweise jeder Widerstandswert unter 150 k Ohm anzeigen, dass die Batterie 50 chemische Eigenschaften entsprechend NiCd oder NiMH aufweist, und kann jeder Widerstandswert von annähernd 150 k Ohm oder mehr anzeigen, dass die Batterie 50 chemische Eigenschaften entsprechend Li oder Li-Ion aufweist. Sobald die Mikrosteuerung die chemischen Eigenschaften der Batterie 50 bestimmt und identifiziert hat, kann ein geeigneter Ladealgorithmus oder ein geeignetes Ladeverfahren ausgewählt werden. Bei anderen Konstruktionen sind mehr Widerstandswerte vorhanden, die jeweils einer anderen chemischen Eigenschaft der Batterie entsprechen, als bei dem voranstehenden Beispiel.
Wiederum bei dem Beispiel für die Implementierung schaltet, um eine zweite Batterieeigenschaft zu identifizieren, der Halbleiter 855 in den Zustand "Aus", gesteuert durch die zusätzliche Schaltung. Wenn der Halbleiter 855 in den Zustand "Aus" schaltet, erzeugen der Identifizierungswiderstand 750 und der Widerstand 835 ein Spannungsteilernetzwerk. Die Spannung V_A an dem ersten Bezugspunkt 875 wird nunmehr durch die Widerstandswerte des Identifizierungswiderstands 750 und des Widerstands 835 bestimmt. Der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 750 ist so gewählt, dass dann, wenn die Spannung V_BATT an einem zweiten Bezugspunkt 880 im wesentlichen gleich der Nennspannung der Batterie 50 ist, die Spannung V_A an dem ersten Bezugspunkt 875 im wesentlichen gleich einer Spannung V_REF an einem dritten Bezugspunkt 885 ist. Wenn die Spannung V_A an dem ersten Bezugspunkt 875 die feste Spannung V_REF an dem dritten Bezugspunkt 835 überschreitet, ändert ein Ausgang V_OUT des Komparators 860 den Zustand. Bei einigen Konstruktionen kann der Ausgang V_OUT dazu verwendet werden, die Ladung zu beenden, oder als Anzeige zum Fortsetzen zusätzlicher Funktionen dienen, beispielsweise einer Wartungsroutine, einer Angleichungsroutine, einer Entladungsfunktion, zusätzlichen Ladeschemata, und dergleichen. Bei einigen Konstruktionen kann die Spannung V_REF eine feste Bezugsspannung sein.
Bei einigen Konstruktionen kann die zweite, zu identifizierende Batterieeigenschaft eine Nennspannung der Batterie 50 enthalten. Eine allgemeine Gleichung zur Berechnung des Widerstandswerts für den Identifizierungswiderstand 750 ist beispielsweise:
wobei R₁₀₀ der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 750 ist, R₁₃₅ der Widerstandswert des Widerstands 835, V_BATT die Nennspannung der Batterie 50 ist, und V_REF eine feste Spannung ist, beispielsweise etwa 2,5 V. Beispielsweise im Bereich von Widerstandswerten für die chemischen Eigenschaften von Li-Ion (voranstehend erläutert) kann ein Widerstandswert von etwa 150 k Ohm für den Identifizierungswiderstand 750 einer Nennspannung von annähernd 21 V entsprechen, kann ein Widerstandswert von annähernd 194 k Ohm einer Nennspannung von etwa 16,8 V entsprechen, und kann ein Widerstandswert von etwa 274,7 k Ohm einer Nennspannung von etwa 12,6 V entsprechen. Bei anderen Konstruktionen können mehr oder weniger spezielle Widerstandswerte zusätzlichen oder unterschiedlichen Nennspannungswerten eines Batteriesatzes entsprechen, Bei der dargestellten Konstruktion können sowohl der Identifizierungswiderstand 750 als auch der dritte Bezugspunkt 885 auf der "hohen" Seite eines Strommesswiderstands 890 angeordnet sein. Die Anordnung des Identifizierungswiderstands 750 und des dritten Bezugspunktes 885 auf diese Art und Weise kann irgendwelche relativen Spannungsschwankungen zwischen V_A und V_REF verringern, wenn ein Ladestrom vorhanden ist. Spannungsschwankungen können bei der Spannung V_A auftreten, falls der Identifizierungswiderstand 750 und der dritte Bezugspunkt 885 auf Masse 895 bezogen wären, und ein Ladestrom an die Batterie 50 angelegt würde.
Bei einigen Konstruktionen kann das Batterieladegerät 820 auch eine Ladegerätsteuerfunktion aufweisen. Wie voranstehend erläutert ändert, wenn die Spannung V_A im wesentlichen gleich der Spannung V_REF ist (was anzeigt, dass die Spannung V_BATT gleich der Nennspannung der Batterie 50 ist), der Ausgang V_OUT des Komparators 860 den Zustand. Bei einigen Konstruktionen wird der Ladestrom nicht länger der Batterie 50 zugeführt, wenn der Ausgang V_OUT des Komparators 860 seinen Zustand ändert. Sobald der Ladestrom unterbrochen ist, beginnt die Batteriespannung V_BATT abzusinken. Wenn die Spannung V_BATT eine niedrige Schwelle erreicht, ändert der Ausgang V_OUT des Komparators 860 erneut seinen Zustand. Bei einigen Konstruktionen wird die niedrige Schwelle für die Spannung V_BATT durch einen Widerstandswert eines Hysteresewiderstands 898 bestimmt. Der Ladestrom wird wieder eingerichtet, sobald der Ausgang V_OUT des Komparators 860 erneut seinen Zustand ändert. Bei einigen Konstruktionen wiederholt sich dieser Zyklus für eine vorbestimmte Anzahl an Malen, bestimmt durch die Mikrosteuerung, oder wiederholt sich für ein bestimmtes Ausmaß von Zustandsänderungen, die bei dem Komparator 860 auftreten. Bei einigen Konstruktionen wiederholt sich dieser Zyklus, bis die Batterie 50 von dem Batterieladegerät 820 abgenommen wird.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Schaltung 130 der Batterie 50 auch eine oder mehrere Batterieeigenschaften anzeigen. Bei einigen Konstruktionen umfassen die Batterieeigenschaften Eingabe einer Nennspannung und einer Temperatur der Batterie 50. Die Schaltung 130 enthält ein elektrisches Identifizierungsbauteil oder einen Identifizierungswiderstand 910, eine Temperaturmessvorrichtung und einen Thermistor 914, eine erste Strombegrenzungsvorrichtung oder Schutzdiode 918, eine zweite Strombegrenzungsvorrichtung oder Schutzdiode 922, und einen Kondensator 926. Der Identifizierungswiderstand 910 weist einen eingestellten Widerstandswert auf, welcher einer oder mehreren bestimmten Batterieeigenschaften entspricht. Bei einigen Konstruktionen entspricht der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 910 der Nennspannung der Batterie 50 oder der Batteriezelle 80. Bei einigen Konstruktionen entspricht der Widerstandswert den chemischen Eigenschaften der Batterie 50. Bei einigen Konstruktionen entspricht der Widerstandswert zwei oder mehr Batterieeigenschaften, oder entspricht einer oder mehreren unterschiedlichen Batterieeigenschaften. Der Widerstandswert des Thermistors 914 zeigt die Temperatur der Batteriezelle 80 an, und ändert sich, wenn sich die Temperatur der Batteriezelle 80 ändert. Eine Messklemme 930 ist elektrisch an die Schaltung 130 angeschlossen.
Die Batterie 50, die schematisch in 29 dargestellt ist, ist elektrisch an ein elektrisches Gerät angeschlossen, beispielsweise ein Batterieladegerät 942 (ebenfalls schematisch dargestellt). Das Batterieladegerät 942 weist eine positive Klemme 946 auf, eine negative Klemme 950, und eine Messklemme 954. Auf ähnliche Weise wie bei der Batterie 50 und dem Batterieladegerät 820 von 28, sind die positive Klemme 934, die negative Klemme 938 und die Messklemme 930 der Batterie 50 elektrisch an die positive Klemme 946, die negative Klemme 950 bzw. die Messklemme 954 des Batterieladegerätes 942 angeschlossen. Das Batterieladegerät 942 weist weiterhin eine Steuerschaltung auf, beispielsweise eine Steuervorrichtung, einen Prozessor, eine Mikrosteuerung oder Steuerung 958, und ein elektrisches Bauteil oder einen Widerstand 962.
Der Betrieb der Batterie 50 und des Batterieladegerätes 942 werden unter Bezugnahme auf die 29 und 30A-B erläutert. Bei einigen Konstruktionen erhöht, wenn die Batterie 50 elektrisch an das Batterieladegerät 942 angeschlossen ist, und der Kondensator 926 am Anfang entladen ist, die Steuerung 958 eine Spannung V_A an einem ersten Bezugspunkt 964 auf annähernd eine erste Schwelle. Bei einigen Konstruktionen ist die erste Schwelle gleich annähernd 5 V. Wie in 30A gezeigt, erhöht die Steuerung 958 die Spannung V_A auf die erste Schwelle annähernd zu einem Zeitpunkt T₁.
Wenn die erste Schwelle an den ersten Bezugspunkt 964 angelegt wird, wird ein erster Stromweg in der Batterie 50 und dem Batterieladegerät 942 eingerichtet. Der erste Stromweg enthält den Widerstand 962, den Kondensator 926, die erste Diode 918, und den Identifizierungswiderstand 910. Sobald die Spannung V_A auf annähernd die erste Schwelle angestiegen ist, misst die Steuerung 958 die Spannung V_OUT an einem zweiten Bezugspunkt 966. Die Spannung V_OUT an dem zweiten Bezugspunkt 966 steigt schnell auf eine Spannung an, die durch ein Spannungsteilernetzwerk bestimmt wird, das aus dem Identifizierungswiderstand 910, dem Widerstand 962 und dem Vorwärtsspannungsabfall über der Diode 918 besteht. Bei einigen Konstruktionen liegt die Spannung V_OUT im Bereich von annähernd 0 V bis etwas unterhalb der Spannung V_A. Wie in 30B gezeigt, tritt eine Erhöhung der Spannung V_OUT annähernd zu einem Zeitpunkt T₂ auf, und die Steuerung 958 misst die Spannung V_OUT annähernd zum Zeitpunkt T₂, oder kurz hinter dem Zeitpunkt T₂. Bei einigen Konstruktionen ist der Zeitpunkt T₂ annähernd gleich dem Zeitpunkt T₁. Bei einigen Konstruktionen tritt der Zeitpunkt T₂ beinahe unmittelbar nach dem Zeitpunkt T₁ auf. Der Zeitpunkt T₂ kann später auf Grundlage von Messtoleranzen festgelegt werden.
Bei einer Konstruktion entspricht die durch die Steuerung 958 gemessene Spannung V_OUT einem Widerstandswert für den Identifizierungswiderstand 910. Dieser Widerstandswert entspricht der Nennspannung der Batterie 50. Bei einigen Konstruktionen nimmt, wenn der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 910 abnimmt, auch die Spannung V_OUT ab.
Bei der dargestellten Konstruktion steigt die Spannung V_OUT schließlich auf annähernd die Spannung V_A an, sobald der Kondensator 926 vollständig geladen wird. Nachdem der Kondensator 926 vollständig geladen wurde, senkt die Steuerung 958 die Spannung V_A an dem ersten Bezugspunkt 964 auf eine zweite Schwelle ab. Bei einigen Konstruktionen ist die zweite Schwelle annähernd gleich 0 V. Wie in 30A gezeigt, verringert die Steuerung 958 die Spannung V_A auf die zweite Schwelle annähernd zum Zeitpunkt T₃.
Wenn die zweite Schwelle an den ersten Bezugspunkt 964 angelegt wird, wird ein zweiter Stromweg in der Batterie 50 und dem Batterieladegerät 942 eingerichtet. Der zweite Stromweg enthält den Widerstand 962, den Kondensator 926, die zweite Diode 922, und den Thermistor 914. Sobald die Spannung V_A auf annähernd die zweite Schwelle abgesunken ist, misst die Steuerung 958 erneut die Spannung V_OUT am zweiten Bezugspunkt 966. Die Spannung V_OUT an dem zweiten Bezugspunkt 966 nimmt schnell auf eine Spannung ab, die durch ein Spannungsteilernetzwerk bestimmt wird, das aus dem Thermistor 914, dem Widerstand 962 und dem Vorwärtsspannungsabfall über der Diode 922 besteht. Bei einigen Konstruktionen liegt V_OUT im Bereich von etwa 0 V bis etwas unterhalb der Spannung V_A.
Wie in 30B gezeigt, tritt eine Abnahme der Spannung V_OUT annähernd zum Zeitpunkt T₄ auf, und die Steuerung 958 misst die Spannung V_OUT annähernd zum Zeitpunkt T₄, oder kurz nach T₄. Bei einigen Konstruktionen ist der Zeitpunkt T₄ annähernd gleich dem Zeitpunkt T₃. Bei einigen Konstruktionen tritt der Zeitpunkt T₄ beinahe unmittelbar nach dem Zeitpunkt T₃ auf. Der Zeitpunkt T₄ kann später auf Grundlage von Messtoleranzen festgelegt werden.
Bei einer Konstruktion entspricht die Spannung V_OUT die von der Steuerung 958 zum Zeitpunkt T₄ gemessen wird, einem Widerstandswert für den Thermistor 914. Dieser Widerstandswert entspricht der Temperatur der Batterie 50. Bei einigen Konstruktionen nimmt, wenn der Widerstandswert des Thermistors 914 abnimmt, die Spannung V_OUT zu.
Bei einigen Konstruktionen stellt der Kondensator 926 eine Gleichstrom-Sperrfunktion zur Verfügung. Der Kondensator 926 verhindert, dass vorhandene Batterieladegeräte (beispielsweise Batterieladegeräte, welche keine neueren chemischen Eigenschaften von Elektrowerkzeugen erkennen, beispielsweise die chemischen Eigenschaften bezüglich Li oder Li-Ion, und die nicht die erforderlichen, entsprechenden Ladealgorithmen für derartige neue chemische Eigenschaften aufweisen) einen Batteriesatz laden können, der die Schaltung 130 aufweist.
Eine vorhandene Elektrowerkzeugbatterie 968 ist schematisch in 31 dargestellt, und eine weitere Konstruktion einer Batterie 970 ist schematisch in 32 dargestellt. In den 31-34 weist ein anderes Batterieladesystem beide Batterien 968 und 970 auf, ein vorhandenes Batterieladegerät 972 (gezeigt in 33) und ein Batterieladegerät 974 (gezeigt in 34), welches Aspekte der Erfindung verwirklicht.
In 31 weist die vorhandene Batterie 968 eine oder mehrere Batteriezellen 976 auf, die jeweils chemische Eigenschaften aufweisen, und eine Nennspannung zur Verfügung stellen. Typischerweise sind die chemischen Eigenschaften für die Batteriezelle 976 Blei-Säure, NiCd, oder NiMH. Die Batteriezelle 976 weist ein positives Ende 978 und ein negatives Ende 980 auf. Eine positive Klemme 982 stellt eine elektrische Verbindung zum positiven Ende 978 der Zelle 976 her, und eine negative Klemme 984 stellt eine elektrische Verbindung zum negativen Ende 980 der Zelle 976 her.
Die Batterie 968 weist weiterhin ein elektrisches Bauteil oder einen Thermistor 986 auf. Der Widerstandswert des Thermistors 986 zeigt die Temperatur der Batteriezelle 976 an, und ändert sich, wenn sich die Temperatur der Batteriezelle 976 ändert. Bei einigen Konstruktionen ist der Widerstandswert des Thermistors 986 in einem ersten Bereich von Widerstandswerten enthalten. Das vorhandene Batterieladegerät 972 kann einen Widerstandswert des Thermistors 986 innerhalb dieses ersten Bereiches identifizieren, und die vorhandene Batterie 968 entsprechend laden. Dieser erste Bereich von Widerstandswerten enthält beispielsweise Widerstandswerte annähernd gleich 130 k Ohm und weniger. Wenn der Widerstandswert des Thermistors 986 nicht in dem ersten Bereich von Widerstandswerten enthalten ist, kann das vorhandene Batterieladegerät 972 die vorhandene Batterie 968 nicht laden. Die vorhandene Batterie 968 weist weiterhin eine Messklemme 988 auf, die elektrisch an den Thermistor 986 angeschlossen ist.
Wie in 32 gezeigt, weist die Batterie 970 eine oder mehrere Batteriezellen 990 auf, die jeweils chemische Eigenschaften haben, und eine Nennspannung der Batterie 970 zur Verfügung stellen. Typischerweise umfassen die chemischen Eigenschaften der Batteriezelle 990 beispielsweise Li, Li-Ion oder andere chemische Eigenschaften auf Grundlage von Li. Die Batteriezelle 990 weist ein positives Ende 992 und ein negatives Ende 993 auf. Eine positive Klemme 994 stellt eine elektrische Verbindung zum positiven Ende 992 der Zelle 990 her, und eine negative Klemme 995 stellt eine elektrische Verbindung zum negativen Ende 993 der Zelle 990 her.
Die Batterie 970 weist weiterhin zwei Messklemmen 996 und 997 auf. Die erste Messklemme 996 stellt eine elektrische Verbindung zu einem ersten elektrischen Bauteil oder einem Identifizierungswiderstand 998 her, und die zweite Messklemme 997 stellt eine elektrische Verbindung zu einem zweiten elektrischen Bauteil oder einer Temperaturmessvorrichtung oder einem Thermistor 999 her. Bei einigen Konstruktionen ist der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 998 nicht in dem ersten Bereich von Widerstandswerten enthalten, die von dem vorhandenen Batterieladegerät 972 identifiziert werden können. Beispielsweise ist der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 998 annähernd gleich 150 k Ohm oder größer. Der Widerstandswert des Thermistors 986 zeigt die Temperatur der Batteriezelle 990 an, und ändert sich, wenn sich die Temperatur der Batteriezelle 990 ändert.
Wie in 34 gezeigt, und wie bei den meisten Konstruktionen, weist das Batterieladegerät 974 eine positive Klemme 1001 auf, eine negative Klemme 1002, eine erste Messklemme 1003, und eine zweite Messklemme 1004. Die erste Messklemme 1003 des Batterieladegeräts 974 stellt eine elektrische Verbindung zu entweder der ersten Messklemme 996 der Batterie 970 oder der Messklemme 988 der vorhandenen Batterie 968 her.
Wie in 33 gezeigt, und wie bei einigen Konstruktionen, weist das vorhandene Batterieladegerät 972 eine positive Klemme 1005 auf, eine negative Klemme 1006, und eine Messklemme 1007. Die Messklemme 1007 des vorhandenen Batterieladegeräts 972 stellt eine elektrische Verbindung entweder zur ersten Messklemme 996 der Batterie 970 oder zur Messklemme 988 der vorhandenen Batterie 968 her.
Wenn die vorhandene Batterie 968 elektrisch an das Batterieladegerät 974 angeschlossen ist, ist die zweite Messklemme 1004 des Batterieladegeräts 974 nicht elektrisch an irgendeine Batterieklemme angeschlossen. Bei einigen Konstruktionen bestimmt eine Steuervorrichtung, ein Mikroprozessor, eine Mikrosteuerung oder eine Steuerung 1008, die in dem neuen Batterieladegerät 974 vorhanden ist, den Widerstandswert des Thermistors 986 durch die erste Messklemme 1003, und identifiziert die Batterie 968 so, dass sie chemische Eigenschaften auf Grundlage von NiCd oder NiMH aufweist. Die Steuerung 1008 wählt ein geeignetes Verfahren oder einen geeigneten Algorithmus für das Laden der vorhandenen Batterie 968 aus, auf Grundlage der chemischen Eigenschaften und der Temperatur der Batterie 968. Das Batterieladegerät 974 lädt die vorhandene Batterie 968 entsprechend auf.
Wenn die Batterie 970 elektrisch mit dem Batterieladegerät 974 verbunden ist, ist die zweite Messklemme 1004 des Batterieladegeräts 974 elektrisch mit der zweiten Messklemme 997 der Batterie 970 verbunden. Bei einigen Konstruktionen bestimmt die Steuerung 1008 den Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 998, und identifiziert die Batterie 970 so, dass sie beispielsweise chemische Eigenschaften auf Grundlage von Li, Li-Ion oder einer anderen Li-Grundlage aufweist. So entspricht beispielsweise ein Widerstandswert von etwa 150 k Ohm oder mehr des Identifizierungswiderstandes 998 chemischen Eigenschaften auf Grundlage von Li, Li-Ion oder einer anderen Li-Grundlage.
Bei einigen Konstruktionen wird der Widerstandswert des Identifizierungswiderstandes 998 darüber hinaus auf Grundlage der Nennspannung der Batterie 970 ausgewählt. So zeigt beispielsweise ein Widerstandswert von etwa 150 k Ohm des Identifizierungswiderstands 998 an, dass die Batterie 970 eine Nennspannung von etwa 21 V aufweist. Ein Widerstandswert von etwa 300 k Ohm entspricht einer Nennspannung von etwa 16,8 V, und ein Widerstandswert von etwa 450 k Ohm entspricht einer Nennspannung von etwa 12,6 V. Bei einigen Konstruktionen nimmt, wenn der Widerstandswert des Identifizierungswiderstandes 998 zunimmt, die Nennspannung der Batterie 970 ab. Bei einigen Konstruktionen bestimmt die Steuerung 1008 auch den Widerstandswert des Thermistors 385. Die Steuerung 1008 wählt ein geeignetes Verfahren bzw. einen geeigneten Algorithmus für das Laden der Batterie 970 aus, auf Grundlage ihrer chemischen Eigenschaften ihrer Nennspannung und/oder Temperatur. Das Batterieladegerät 974 lädt entsprechend die Batterie 970 auf.
Wenn die vorhandene Batterie 968 elektrisch an das vorhandene Batterieladegerät 972 angeschlossen ist, ist die Messklemme 1007 des Batterieladegerätes 972 elektrisch an die Messklemme 988 der vorhandenen Batterie 968 angeschlossen. Bei einigen Konstruktionen bestimmt die in dem vorhandenen Batterieladegerät 972 vorhandene Mikrosteuerung 1009 den Widerstandswert des Thermistors 986, und identifiziert die Batterie 968 so, dass sie chemische Eigenschaften auf Grundlage von NiCd oder NiMH aufweist, wenn der Widerstandswert des Thermistors 986 innerhalb des ersten Bereiches von Widerstandswerten liegt. Das vorhandene Batterieladegerät 972 bestimmt die Temperatur der vorhandenen Batterie 968 auf Grundlage des Widerstandswertes des Thermistors 986, und wählt ein geeignetes Verfahren oder einen geeigneten Algorithmus zum Laden der Batterie 968 auf Grundlage ihrer Temperatur aus. Das vorhandene Batterieladegerät 972 lädt die vorhandene Batterie 968 entsprechend auf.
Wenn die Batterie 970 elektrisch an das vorhandene Batterieladegerät 972 angeschlossen ist, ist die Messklemme 1007 des vorhandenen Batterieladegerätes 972 elektrisch an die erste Messklemme 996 der Batterie 970 angeschlossen. Die zweite Messklemme 997 der Batterie 970 ist nicht elektrisch an irgendeine Batterieladegerät-Klemme des vorhandenen Batterieladegeräts 972 angeschlossen. Bei einigen Konstruktionen bestimmt die Mikrosteuerung 1009 den Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 998. Bei einigen Konstruktionen ist der Widerstandswert des Identifizierungswiderstands 998 nicht in dem ersten Bereich von Widerstandswerten enthalten, die von der Mikrosteuerung 1009 erkannt werden. Da die Mikrosteuerung 1009 nicht die Batterie 970 identifizieren kann, implementiert das vorhanden Batterieladegerät 972 kein Verfahren oder einen Algorithmus zum Aufladen. Die Batterie 970 wird elektronisch daran gehindert, oder "ausgesperrt", durch das vorhandene Batterieladegerät 972 geladen zu werden.
Eine andere Batterie 1030, die Aspekte der Erfindung verwirklicht, ist in den 35-37, 40-41, 48A, 49-52 dargestellt. Die Batterie 1030 kann ähnlich der Batterie 50 sein, die in den 1-5 dargestellt ist. So kann beispielsweise die Batterie 1030 an ein elektrisches Gerät oder eine elektrische Einrichtung angeschlossen werden, etwa beispielsweise ein schnurloses Elektrowerkzeug 1034 (gezeigt in 48A), um selektiv das Elektrowerkzeug 1034 mit Energie zu versorgen. Die Batterie 1030 kann von dem Elektrowerkzeug 1034 entfernt werden, und kann durch ein Batterieladegerät 1038 (gezeigt in den 40-44) wieder aufgeladen werden.
Wie in den 35-37 gezeigt, kann die Batterie 1030 ein Gehäuse 1042 und zumindest eine wieder aufladbare Batteriezelle 1046 (schematisch in 41 dargestellt) aufweisen, die vom Gehäuse 1042 gehaltert wird. Bei der dargestellten Konstruktion kann die Batterie 1030 ein Batteriesatz von 18 V sein, der fünf Batteriezellen 1046 (von denen eine gezeigt ist) von annähernd jeweils 3,6 V aufweist, die in Reihe geschaltet sind, oder kann ein Batteriesatz mit 21 V sein, der fünf Batteriezellen 1046 (von denen eine gezeigt ist) von jeweils etwa 4,2 V aufweist, die in Reihe geschaltet sind. Bei anderen Konstruktionen (nicht gezeigt) kann die Batterie 1030 eine andere Batterienennspannung aufweisen, beispielsweise 9,6 V, 12 V, 14,4 V, 24 V, 28 V, und dergleichen, um die elektrische Einrichtung mit Energie zu versorgen, und durch das Batterieladegerät 1038 geladen zu werden. Es wird darauf hingewiesen, dass bei anderen Konstruktionen (nicht gezeigt) die Batteriezellen 1046 eine andere Zellennennspannung aufweisen können, und/oder anders verbunden sein können, beispielsweise parallel geschaltet oder kombiniert parallel und in Reihe geschaltet.
Die Batteriezelle 1046 kann jede Art chemischer Eigenschaften einer wieder aufladbaren Batterie aufweisen, beispielsweise Nickel-Kadmium (NiCd), Nickel-Metallhydrid (NiMH), Lithium (Li), Lithium-Ion (Li-Ion), andere chemische Eigenschaften auf Lithiumgrundlage, andere chemische Eigenschaften einer wieder aufladbaren Batteriezelle, usw. Bei der dargestellten Konstruktion sind die Batteriezellen 1046 Li-Ion-Batteriezellen.
Das Gehäuse 1042 kann einen Halterungsabschnitt 1050 zum Haltern der Batterie 1030 auf einem elektrischen Gerät zur Verfügung stellen, beispielsweise dem Elektrowerkzeug 1034 oder dem Batterieladegerät 1038. Bei der dargestellten Konstruktion kann der Halterungsabschnitt 1050 einen C-förmigen Querschnitt (vgl. 37) zur Verfügung stellen, der mit einem entsprechenden Halterungsabschnitt mit T-förmigem Querschnitt auf dem elektrischen Gerät verbindbar ist. Wie in den 35-37 gezeigt, kann der Halterungsabschnitt 1050 Schienen 1054 aufweisen, die sich entlang einer Halterungsachse 1058 erstrecken, und Nuten 1062 festlegen. Es kann auch ein mittlerer Steg 1066 vorgesehen sein, zum Eingriff mit einer Oberfläche des Halterungsabschnitts für das elektrische Gerät. Ausnehmungen 1070 (siehe die 35-36) können in dem Steg 1066 vorhanden sein, so dass der Steg 1066 seitlich nach außen verlaufende Abschnitte 1072 aufweist.
Die Batterie 1030 kann weiterhin (siehe die 35-37) eine Verriegelungsbaugruppe 1074 aufweisen, die dazu fähig ist, die Batterie 1030 an einem elektrischen Gerät zu verriegeln, beispielsweise an dem Elektrowerkzeug 1034 und/oder einem Batterieladegerät 1038. Bei einigen Konstruktionen kann die Verriegelungsbaugruppe 1034 Verriegelungsteile 1078 aufweisen, die zwischen einer verriegelten Position, in welcher die Verriegelungsteile 1078 in Eingriff mit einem entsprechenden Verriegelungsteil auf dem elektrischen Gerät stehen, um die Batterie 1030 mit dem elektrischen Gerät zu verriegeln, und einer entriegelten Position bewegbar sind.
Die Verriegelungsbaugruppe 1074 kann auch Stellglieder 1082 aufweisen, um die Verriegelungsteile 1078 zwischen der verriegelten Position und der entriegelten Position zu bewegen. Vorspannteile (nicht gezeigt) können die Verriegelungsteile 1078 zur verriegelten Position hin vorspannen.
Die Batterie 1030 kann weiterhin (siehe die 35-39 und 41) eine Klemmenbaugruppe 1086 aufweisen, die dazu fähig ist, elektrisch die Batteriezellen 1046 mit einer Schaltung in dem elektrischen Gerät zu verbinden. Die Klemmenbaugruppe 1086 kann (siehe die 35-37) ein Klemmengehäuse 1090 aufweisen, das von dem Gehäuse 1042 zur Verfügung gestellt wird. Bei der dargestellten Konstruktion und bei einigen Aspekten kann ein Fenster oder eine Öffnung 1094 in dem Klemmengehäuse 1090 vorhanden sein. Die Klemmenbaugruppe 1086 kann (siehe die 35, 37-39 und 41) eine positive Batterieklemme 1098 umfassen, eine Masseklemme 1102, eine erste Messklemme 1106, und eine zweite Messklemme 1110. Wie schematisch in 41 dargestellt, sind die Klemmen 1098 und 1102 an die entgegengesetzten Enden der Zelle oder der Gruppe der Zellen 1046 angeschlossen.
Die Messklemmen 1106 und 1110 können an elektrische Bauteile 1114 bzw. 1118 angeschlossen werden, die an die Schaltung der Batterie 1030 angeschlossen sind. Die Messklemmen 1106 und 1110 können Information in Bezug auf die Batterie 1030 an ein elektrisches Gerät kommunizieren. So kann beispielsweise ein elektrisches Bauteil, beispielsweise das elektrische Bauteil 1114, das an die Messklemme 1106 angeschlossen ist, ein Identifizierungsbauteil wie beispielsweise ein Widerstand sein, um die Identifizierung einer Eigenschaft der Batterie 1030 zu kommunizieren, beispielsweise die chemischen Eigenschaften der Batteriezellen 1046, die Nennspannung der Batterie 1030, usw. Das andere elektrische Bauelement, beispielsweise das elektrische Bauelement 1118, das an die Messklemme 1110 angeschlossen ist, kann eine Temperaturmessvorrichtung oder ein Thermistor sein, zum Kommunizieren der Temperatur der Batterie 1030 und/oder der Batteriezelle bzw. Zellen 1046.
Bei anderen Konstruktionen können die elektrischen Bauteile 1114 und 1118 andere geeignete elektrische Bauteile sein, die ein elektrisches Signal erzeugen können, beispielsweise ein Mikroprozessor, eine Steuerung, digitale Logikbauteile und dergleichen, oder können die Bauteile 1114 und 1118 andere geeignete passive elektrische Bauteile sein, wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden und dergleichen.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei anderen Konstruktionen (nicht gezeigt) die elektrischen Bauteile 1114 und 1118 andere Arten elektrischer Bauteile sein können, und andere Eigenschaften oder Information bezüglich der Batterie 1030 und/oder der Batteriezelle bzw. den Batteriezellen 1046 kommunizieren können. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass "Kommunikation" und "Kommunizieren", im Zusammenhang mit den elektrischen Bauteilen 1114 und 1118, auch umfassen können, dass das elektrische Bauteil bzw. die elektrischen Bauteile 1114 und/oder 1118 einer Bedingung unterliegen oder sich in einem Zustand befinden, die bzw. der von einem Sensor oder einer Vorrichtung abgetastet wird, der bzw. die den Zustand oder die Bedingung des elektrischen Bauteils oder der elektrischen Bauteile 1114 und/oder 1118 bestimmen kann.
Wie in 39 gezeigt, können die Klemmen 1098, 1102 und 1106 in Ebenen P₁, P₂ bzw. P₃ ausgerichtet sein, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die Klemme 1110 kann in einer Ebene P₄ ausgerichtet sein, die so ausgerichtet ist, dass sie nicht parallel zu zumindest einer der folgenden Ebenen ist, nämlich den anderen Ebenen P₁, P₂ und P₃, und zwar bei der dargestellten Konstruktion zu allen von diesen. Bei einer Konstruktion kann die Ebene P₄ normal zu den Ebenen P₁, P₂ und P₃ angeordnet sein. Die Klemmen 1098, 1102, 1106 und 1110 können sich entlang einer jeweiligen Achse A₁, A₂, A₃ bzw. A₄ erstrecken, und bei der dargestellten Konstruktion verlaufen die Achsen A₁, A₂, A₃ und A₄ der Klemmen parallel (siehe die 35 und 37) zur Halterungsachse 1058.
Wie in den 40-44 gezeigt, kann das Batterieladegerät 1038, welches Aspekte der Erfindung verwirklicht, an die Batterie 1030 anschließbar sein (wie in 40 gezeigt), und so betreibbar sein, dass es die Batterie 1030 lädt. Das Batterieladegerät 1038 kann ein Ladegerätgehäuse 1122 und eine Ladeschaltung 1126 (schematisch in 41 dargestellt) aufweisen, die von dem Gehäuse 1122 gehaltert wird, und an eine Energieversorgungsquelle (nicht gezeigt) anschließbar ist. Die Ladeschaltung 1126 kann an die Klemmenbaugruppe 1086 der Batterie 1030 (schematisch in 41 dargestellt) anschließbar sein, und so betreibbar sein, dass sie Energie an die Batterie 1030 überträgt, um die Batteriezelle oder die Batteriezellen 1046 aufzuladen.
Bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten kann die Ladeschaltung 1126 so arbeiten, dass sie die Batterie 1030 auf ähnliche Weise auflädt wie jene, die im US-Patent Nr. 6,456,035, erteilt am 24. September 2002, und im US-Patent Nr. 6,222,343, erteilt am 24. April 2001, beschrieben wird, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen werden. Bei anderen Konstruktionen kann die Ladeschaltung 1126 so betreibbar sein, dass sie die Batterie 1030 auf ähnliche Weise auflädt wie jene, die in der früher eingereichten provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/440,692, eingereicht am 17. Januar 2003, beschrieben wird, deren Gesamtinhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
Wie in den 42-44 gezeigt, kann das Gehäuse 1122 einen Batteriehalterungsabschnitt 1130 zum Haltern der Batterie 1030 zur Verfügung stellen. Der Halterungsabschnitt 1130 kann (vgl. 42) einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt aufweisen, der an den C-förmigen Querschnitt des Halterungsabschnitts 1050 der Batterie 1030 angepasst ist. Der Halterungsabschnitt 113C kann (siehe die 42-44) Schienen 1134 aufweisen, die sich entlang einer Halterungsachse 1138 erstrecken, und welche Nuten 1142 festlegen. Der Halterungsabschnitt 1130 kann auch eine Oberfläche 1146 aufweisen, die in Eingriff mit dem Steg 1066 versetzt werden kann.
Vorsprünge oder Rippen 1150 können von der Oberfläche 1146 aus ausgehen. Wenn die Batterie 1030 auf dem Halterungsabschnitt 1130 angeordnet ist, können die Rippen 1150 im wesentlichen in Seitenrichtung mit den Verriegelungsteilen 1078 ausgerichtet sein, um die Verriegelungsteile 1078 in der Verriegelungsposition zu halten. Bei einer Konstruktion sind die Rippen 1150 abgesenkt, um sicherzustellen, dass die Rippen 1150 nicht in Eingriff mit dem Steg 1066 auf dem Halterungsabschnitt 1050 der Batterie 1030 gelangen, wodurch verhindert würde, dass die Batterie 1030 mit dem Batterieladegerät 1038 verbunden werden kann.
Das Batterieladegerät 1038 kann auch (siehe die 41-47) eine Klemmenbaugruppe 1154 aufweisen, die so ausgebildet ist, dass elektrisch die Ladeschaltung 1126 mit der Klemmenbaugruppe 1186 der Batterie 1030 verbunden wird (wie schematisch in 41 gezeigt ist). Wie in den 42-44 und 46-47 gezeigt, kann die Klemmenbaugruppe 1154 ein Klemmengehäuse 1158 aufweisen, das durch den Halterungsabschnitt 1130 zur Verfügung gestellt wird. Die Klemmenbaugruppe 1154 kann weiterhin (siehe die 41-47) eine positive Klemme 1162 aufweisen, eine negative Klemme 1166, eine erste Messklemme 1170, und eine zweite Messklemme 1174. Die Ladegerätklemmen 1162, 1166, 1170 und 1174 können an die Batterieklemmen 1098, 1102, 1106 bzw. 1110 angeschlossen werden (wie schematisch in 41 dargestellt ist).
Die Ladegerätklemmen 1162, 1166, 1170 und 1174 können mit der Ladeschaltung 1126 verbunden werden. Die Ladeschaltung 1126 kann eine Mikrosteuerung 1178 zum Steuern des Aufladens der Batterie 1030 aufweisen. Die Steuerung 1178 ist so betreibbar, dass sie mit den elektrischen Bauteilen 1114 und 1118 der Batterie 1030 kommuniziert, oder deren Bedingung oder Zustand erfasst, um eine oder mehrere Eigenschaften und/oder Bedingungen der Batterie 1030 festzustellen, beispielsweise die Nennspannung der Batterie 1030, die chemischen Eigenschaften der Batteriezelle oder Batteriezellen 1046, die Temperatur der Batterie 1030 und/oder der Batteriezelle oder Batteriezellen 1046, usw. Auf Grundlage von Ermittlungen, die von der Steuerung 1178 durchgeführt werden, kann die Steuerung 1178 die Ladeschaltung 1126 so steuern, dass sie ordnungsgemäß die Batterie 1030 auflädt.
Wie in den 35, 37-39 gezeigt, können die Batterieklemmen 1098, 1102 und 1106 als Messerklemmen ausgebildet sein. Wie in 42 gezeigt, können die Ladegerätklemmen 1162, 1166 und 1170 als aufnehmende Klemmen ausgebildet sein, welche die aufgenommenen Messerklemmen 1098, 1102 und 1106 aufnehmen. Die Batterieklemme 1110 (siehe die 35-39) und die Ladegerätklemme 1174 (siehe die 42-44) können einen Eingriff des Typs mit einer Feder und einem Ausleger zur Verfügung stellen. Bei der dargestellten Konstruktion (siehe die 42-44) kann sich die Ladegerätklemme 1174 im wesentlichen senkrecht zur Halterungsachse 1138 erstrecken, um für einen Gleiteingriff und einen Kontakt mit der Batterieklemme 1110 zu sorgen.
Die Batterie 1030 kann an eine elektrische Einrichtung angeschlossen werden, beispielsweise das Elektrowerkzeug 1034 (gezeigt in 48A), um das Werkzeug 1034 mit Energie zu versorgen. Das Elektrowerkzeug 1034 weist ein Gehäuse 1182 auf, das einen Elektromotor 1184 (schematisch dargestellt) haltert, der selektiv von der Batterie 1030 mit Energie versorgt wird. Das Gehäuse 1182 kann (siehe 48B) einen Halterungsabschnitt 1186 zur Verfügung stellen, auf welchem die Batterie 1030 gehaltert werden kann. Der Halterungsabschnitt 1186 kann einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt aufweisen, der an den C-förmigen Querschnitt des Halterungsabschnitts 1050 der Batterie 1030 angepasst ist. Der Halterungsabschnitt 1186 kann auch Verriegelungsausnehmungen 1188 (von denen eine gezeigt ist) festlegen, mit welchen die Verriegelungsteile 1078 in Eingriff bringbar sind, um die Batterie 1030 an dem Elektrowerkzeug 1034 zu verriegeln.
Das Elektrowerkzeug 1034 kann auch eine Klemmenbaugruppe 1190 (teilweise in 48B dargestellt) aufweisen, die an die Klemmenbaugruppe 1086 der Batterie 1030 anschließbar ist, so dass Energie von der Batterie 1030 an das Elektrowerkzeug 1034 übertragen werden kann. Bei der dargestellten Konstruktion kann die Klemmenbaugruppe 1190 eine positive Klemme 1194 und eine negative Klemme 1198 aufweisen, welche an die Klemme 1098 bzw. 1102 der Batterie 1030 angeschlossen sind.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei anderen Konstruktionen (nicht gezeigt) die Klemmenbaugruppe 1190 zusätzliche Klemmen (nicht gezeigt) aufweisen kann, die an die Messklemmen 1106 und/oder 1110 anschließbar sind, so dass Information in Bezug auf die Batterie 1030, beispielsweise eine oder mehrere Eigenschaften der Batterie 1030 und/oder Bedingungen der Batterie 1030, an das Elektrowerkzeug 1034 kommuniziert werden können, oder von diesem erfasst werden können. Bei einer derartigen Konstruktion kann das Elektrowerkzeug 1034 eine Steuerung (nicht gezeigt) aufweisen, um die kommunizierte oder erfasste Information in Bezug auf die Batterie 1030 zu bestimmen, und auf Grundlage dieser Information den Betrieb des Elektrowerkzeugs 1034 zu steuern.
Eine alternative Konstruktion einer Batterie 1030A, die Aspekte der Erfindung verwirklicht, ist in den 53-56 dargestellt. Gemeinsame Elemente sind mit dem gleichen Bezugszeichen "A" bezeichnet.
Wie in den 53-56 gezeigt, kann die Batterie 1030A ein Gehäuse 1042A aufweisen, das eine oder mehrere Zellen haltert (nicht gezeigt, jedoch ähnlich den Zellen 1046). Die Batterie 1030A kann einen Halterungsabschnitt 1050A aufweisen, welcher (siehe 56) einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt aufweist, der angepasst (siehe 42) ist an den Halterungsabschnitt 1130 des Batterieladegerätes 1038 sowie (siehe 48B) an den Halterungsabschnitt 1186 des Elektrowerkzeugs 1034, so dass die Batterie 1030A an das Batterieladegerät 1038 und das Elektrowerkzeug 1034 anschließbar ist.
Wie in den 53-56 gezeigt, kann der Halterungsabschnitt 1050A den Steg 1066A aufweisen. Wie aus 55 hervorgeht, kann sich der Steg 1066A weiter zu einer Seite in Querrichtung (der unteren Seite in Querrichtung in 55) erstrecken, um einen seitlich nach außen verlaufenden Abschnitt 1072A zur Verfügung zu stellen.
Für einige Konstruktionen und für einige Aspekte sind zusätzliche unabhängige Merkmale, die Konstruktion und der Betriebsablauf der Batterie 1030A mit weiteren Einzelheiten voranstehend geschildert worden.
Wenn die Batterie 1030A auf dem Halterungsabschnitt 1130 des Batterieladegerätes 1038 angeordnet ist, gelangen die abgesenkten Rippen 1150 (gezeigt in 42) nicht in Eingriff mit dem verlängerten Abschnitt 1072A des Steges 1066A auf dem Halterungsabschnitt 1050A der Batterie 1030A (siehe 55), so dass die Batterie 1030A nicht an einem Anschluss an dem Batterieladegerät 1038 gehindert wird.
Die 57-61 erläutern eine Batterie 1230 nach dem Stand der Technik. Die Batterie 1230 kann ein Gehäuse 1242 und zumindest eine wieder aufladbare Batteriezelle 1246 (schematisch dargestellt in 61) aufweisen, die von dem Gehäuse 1242 gehaltert wird. Bei der dargestellten Konstruktion ist die Batterie 1230 ein Batteriesatz mit 18 V, der fünfzehn Batteriezellen 1246 mit je annähernd 1,2 V aufweist, die in Reihe geschaltet sind. Bei anderen Konstruktionen (nicht gezeigt) kann die Batterie 1230 eine andere Nennspannung aufweisen, beispielsweise 9,6 V, 12 V, 14,4 V, 24 V, usw., um die elektrische Einrichtung mit Strom zu versorgen, und vom Batterieladegerät 1038 aufgeladen zu werden. Es wird darauf hingewiesen, dass bei anderen Konstruktionen (nicht gezeigt) die Batteriezellen eine unterschiedliche Zellennennspannung aufweisen können und/oder in einer anderen Anordnung verbunden sein können, beispielsweise parallel geschaltet oder in einer Parallel-Reihenschaltung. Die Batteriezellen 1246 können eine wieder aufladbare Batteriezelle des Typs mit chemischen Eigenschaften beispielsweise NiCd oder NiMH sein.
Wie in den 57-60 gezeigt, kann das Gehäuse 1242 einen Halterungsabschnitt 1250 zum Haltern der Batterie 1230 auf einem elektrischen Gerät aufweisen, beispielsweise dem Elektrowerkzeug 1034 (gezeigt in 48) oder dem Batterieladegerät 1038 (gezeigt in 42). Bei der dargestellten Konstruktion kann der Halterungsabschnitt 1250 (siehe 60) einen C-förmigen Querschnitt zur Verfügung stellen, der anschließbar an einen entsprechenden Halterungsabschnitt mit T-förmigem Querschnitt auf dem elektrischen Gerät ist (dem Halterungsabschnitt 1186 auf dem Elektrowerkzeug 1034 (gezeigt in 48B) und/oder dem Batteriehalterungsabschnitt 1130 auf dem Batterieladegerät 1038 (gezeigt in 42)). Wie in den 57-60 gezeigt, kann der Halterungsabschnitt 1250 Schienen 1254 aufweisen, die sich entlang einer Halterungsachse 1258 erstrecken, und Nuten 1262 festlegen, und kann ein mittlerer Steg 1266 vorgesehen sein, zum Eingriff mit einer Oberfläche des Halterungsabschnitts des elektrischen Geräts. Der Steg 1266 kann im wesentlichen geradlinige und ununterbrochene Seitenoberflächen 1272 aufweisen. Der Steg 1266 stellt keine seitlich nach außen verlaufende Abschnitte zur Verfügung (wie die verlängerten Abschnitte 1072 der Batterie 1030 (gezeigt in 36) oder den verlängerten Abschnitt 1072A der Batterie 1030A (gezeigt in 55)).
Die Batterie 1030 kann weiterhin (siehe die 57-60) eine Verriegelungsbaugruppe 1274 aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Batterie 1230 an einem elektrischen Gerät zu verriegeln, beispielsweise an dem Elektrowerkzeug 1034 (gezeigt in 48A) und/oder einem Batterieladegerät. Die Verriegelungsbaugruppe 1274 kann (siehe die 57-60) Verriegelungsteile 1278 aufweisen, die bewegbar sind, und zwar zwischen einer verriegelten Position, in welcher die Verriegelungsteile 1278 in Eingriff mit einem entsprechenden Verriegelungsteil auf dem elektrischen Gerät gelangen können (beispielsweise mit der Verriegelungsausnehmung 1188 auf dem Elektrowerkzeug 1034), um die Batterie 1030 an dem elektrischen Gerät zu verriegeln, und einer entriegelten Position. Die Verriegelungsbaugruppe 1274 kann auch Stellglieder 1282 zum Bewegen der Verriegelungsteile 1278 zwischen der verriegelten Position und der entriegelten Position aufweisen. Vorspannteile (nicht gezeigt) können die Verriegelungsteile 1278 zur verriegelten Position hin vorspannen.
Die Batterie 1230 kann (siehe die 58 und 60) eine Klemmenbaugruppe 1286 aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie elektrisch Batteriezellen 1246 mit einer Schaltung in dem elektrischen Gerät verbindet. Die Klemmenbaugruppe 1286 weist ein Klemmengehäuse 1290 auf, das von dem Gehäuse 1242 zur Verfügung gestellt wird. Die Klemmenbaugruppe 1286 kann eine positive Batterieklemme 1298 aufweisen, eine Masseklemme 1302, und eine Messklemme 1306. Wie in den 58 und 60 gezeigt, können die Klemmen 1298, 1302 und 1306 in Ebenen ausgerichtet sein, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und sich entlang jeweiliger Achsen erstrecken, die parallel zur Halterungsachse 1258 verlaufen.
Wie schematisch in 61 dargestellt, können die Klemmen 1298 und 1302 an entgegengesetzte Enden der Zelle oder Gruppe aus Zellen 1246 angeschlossen sein. Die Messklemme 1306 kann an ein elektrisches Bauteil 1314 angeschlossen sein, das an die Schaltung der Batterie 1230 angeschlossen ist. Bei der dargestellten Konstruktion kann das elektrische Bauteil 1314 eine Temperaturmessvorrichtung oder ein Thermistor sein, zum Kommunizieren der Temperatur der Batterie 1230 und/oder der Batteriezellen 1246.
Wie schematisch in 61 dargestellt, kann die Batterie 1230 an das Batterieladegerät 1038 angeschlossen werden, und kann das Batterieladegerät 1038 so betrieben werden, dass die Batterie 1230 geladen wird. Die Batterieklemmen 1298, 1302 und 1306 können an drei der Ladegerätklemmen 1162, 1166 bzw. 1170 angeschlossen werden. Die Mikrosteuerung 1178 kann die Batterie 1230 identifizieren (oder stellt fest, dass die Batterie 1230 keine Batterie 1030 oder eine Batterie 1030A ist), und kann die Bedingung des elektrischen Bauteils 1314 oder des Thermistors bestimmen, um die Temperatur der Batterie 1230 zu erfassen. Die Mikrosteuerung 1178 kann das Laden der Batterie 1230 steuern.
Die Batterie 1230 kann auf dem Halterungsabschnitt 1130 des Batterieladegeräts 1038 gehaltert werden. Die Rippen 1150 (gezeigt in 42) können nicht in Eingriff mit dem Steg 1266 auf dem Halterungsabschnitt 1250 der Batterie 1230 (gezeigt in 57-60) gelangen, so dass nicht verhindert wird, dass die Batterie 1230 an das Batterieladegerät 1038 angeschlossen wird.
Die Batterie 1230 kann an eine elektrische Einrichtung angeschlossen werden, beispielsweise das Elektrowerkzeug 1034 (gezeigt in 48A), um das Elektrowerkzeug 1034 mit Energie zu versorgen. Die Batterie 1230 kann auf dem Halterungsabschnitt 1186 des Elektrowerkzeugs 1034 (gezeigt in 48B) gehaltert werden, und ist an den Motor 1184 (schematisch in 48A dargestellt) anschließbar, um den Motor 1184 mit Energie zu versorgen.
Die 62-65 zeigen ein anderes Batterieladegerät 1338. Das Batterieladegerät 1338 kann ein Ladegerätgehäuse 1342 und eine Ladeschaltung 1346 aufweisen (schematisch in 65 dargestellt), die von dem Gehäuse 1342 gehaltert wird, und an eine Energieversorgungsquelle (nicht gezeigt) anschließbar ist. Die Ladeschaltung 1346 kann an die Klemmenbaugruppe 1286 der Batterie 1230 angeschlossen werden, und so betrieben werden, dass sie Energie an die Batterie 1230 zum Aufladen der Batteriezellen 1246 überträgt.
Wie in den 62-64 gezeigt, kann das Gehäuse 1342 einen Batteriehalterungsabschnitt 1350 zum Haltern der Batterie 1230 zur Verfügung stellen. Der Halterungsabschnitt 1350 kann (siehe 62) einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt aufweisen, der an den C-förmigen Querschnitt des Halterungsabschnitts 1250 der Batterie 1230 (gezeigt in 60) angepasst ist. Der Halterungsabschnitt 1350 kann (siehe 62-64) Schienen 1354 aufweisen, die sich entlang einer Halterungsachse 1358 erstrecken, und Nuten 1362 festlegen. Der Halterungsabschnitt 1350 kann eine Oberfläche 1366 aufweisen, die in Eingriff mit dem Steg 1266 versetzt werden kann.
Vorsprünge oder Rippen 1370 können von der Oberfläche 1366 aus ausgehen. Die Rippen 1370 können sich weiter von der Oberfläche 1366 entfernen als (siehe die 43-44) sich die Rippen 1150 von der Oberfläche 1146 des Batterieladegerätes 1038 entfernen. Wenn die Batterie 1230 auf dem Halterungsabschnitt 1350 gehaltert ist, können die Rippen 1370 entlang (siehe 59) den Seitenrändern des Steges 1266 gleiten, so dass die Batterie 1230 an das Batterieladegerät 1338 angeschlossen werden kann. Der Steg 1266 der Batterie 1230 kann schmäler in Seitenrichtung als (siehe 36) der Steg 1066 der Batterie 1030 sein, und kann nicht die verlängerten Abschnitte 1072 aufweisen.
Wie in den 62-65 gezeigt, kann das Batterieladegerät 1338 eine Klemmenbaugruppe 1374 aufweisen, welche elektrisch die Ladeschaltung 1346 mit der Klemmenbaugruppe 1286 der Batterie 1230 verbinden kann. Die Klemmenbaugruppe 1374 kann (siehe die 62-64) ein Klemmengehäuse 1378 aufweisen, das von dem Halterungsabschnitt 1350 zur Verfügung gestellt wird. Die Klemmenbaugruppe 1374 kann eine positive Klemme 1382 aufweisen, eine negative Klemme 1386, und eine Messklemme 1390. Wie schematisch in 65 gezeigt, sind die Ladegerätklemmen 1382, 1386 und 1390 an die Batterieklemme 1298, 1302 bzw. 1306 anschließbar.
Die Ladeschaltung 1346 kann eine Mikrosteuerung 1394 zum Steuern des Aufladens der Batterie 1230 aufweisen. Die Steuerung 1394 kann die Temperatur der Batterie 1230 durch Erfassung der Bedingung des elektrischen Bauteils 1314 oder Thermistors bestimmen. Auf Grundlage der von der Steuerung 1394 durchgeführten Bestimmungen kann die Steuerung 1394 die Ladeschaltung 1346 so steuern, dass die Batterie 1230 ordnungsgemäß aufgeladen wird.
Bei einem Beispiel für eine Implementierung kann, wenn ein Benutzer versucht, die Batterie 1030 an das Batterieladegerät 1338 anzuschließen, ein Abschnitt des Batterieladegerätes 1338, beispielsweise die sich nach oben erstreckenden Rippen 1370 (gezeigt in 62), verhindern, dass die Batterie 1030 an das Batterieladegerät 1338 angeschlossen wird. Wenn die Batterie 1030 auf dem Halterungsabschnitt 1350 angebracht wird, gelangen die Rippen 1370 in Eingriff mit den sich seitlich weiter erstreckenden Abschnitten 1072 des Steges 1066 des Halterungsabschnitts 1050 der Batterie 1030 (gezeigt in 36), um zu verhindern, dass die Batterie 1030 vollständig mit dem Batterieladegerät 1338 verbunden wird. Die Rippen 1370 sind auf dem Halterungsabschnitt 1350 angeordnet, so dass sich die Klemmenbaugruppe 1086 der Batterie 1030 nicht an die Klemmenbaugruppe 1374 des Ladegeräts 1338 anschließen lässt.
Bei einigen Aspekten stellt die Erfindung eine Batterie zur Verfügung, beispielsweise die Batterie 1030 oder 1030A, und/oder ein Batterieladegerät, beispielsweise das Batterieladegerät 1038, die einen oder mehrere zusätzliche Kommunikations- oder Messwege aufweisen. Bei einigen Aspekten stellt die Erfindung ein Ladegerät zur Verfügung, beispielsweise das Ladegerät 1038, welches Batteriesätze laden kann, die einen oder mehrere zusätzliche Kommunikations- oder Messwege aufweisen, beispielsweise die Batterie 1030 oder 1030A, sowie Batterien, die nicht den einen oder die mehreren zusätzlichen Kommunikations- oder Messwege aufweisen, beispielsweise die Batterie 1230. Bei einigen Aspekten stellt die Erfindung ein "mechanisches Aussperren" zur Verfügung, um zu verhindern, dass eine Batterie, beispielsweise die Batterie 1030 oder 1030A, an ein Ladegerät angeschlossen wird, beispielsweise ein vorhandenes Ladegerät 1338, während die Batterie, beispielsweise die Batterie 1030 oder 1030A, bei einem entsprechenden, vorhandenen elektrischen Gerät eingesetzt werden kann, etwa bei dem Elektrowerkzeug 1034.
Wie in 69 gezeigt, kann die Batterie 50 auch reparierbare Batteriezellen 4480 enthalten. Wenn eine Störung bei einer oder mehreren Zellen 4480 auftritt, die in der Batterie 50 vorhanden sind, können die reparierbaren Zellen 4480 als eine Gruppe oder ein Satz 4485 ausgetauscht werden. Wie in 69 gezeigt, können die Zellen 4480 in einer Gruppe vereinigt werden, und von einer Kunststoffabdeckung 4490 umschlungen sein. Der Satz 4485 kann in das Gehäuse 65 der Batterie 50 eingeführt werden, von dem ein Abschnitt in 70 gezeigt ist.
In den 69-71 wird der Satz 4485 innerhalb der Endkappen 4495 des Gehäuses 65 angeordnet. Die passenden elektrischen Leitungen (nicht gezeigt) werden zwischen die positive Klemme 110, die negative Klemme 115 und die Schaltung 130 (beispielsweise den Schalter 180, die Mikrosteuerung 140 und dergleichen) und die Zellen 4480 geschaltet.
Bei einer anderen Konstruktion (gezeigt in 71) sind die reparierbaren Zellen 4420 in Gruppen zusammen mit dem Klemmenblock 105 (und der positiven Klemme 110, der negativen Klemme 115, und der Messklemme 120) in einem einzigen Satz 4500 in einer Gruppe angeordnet. Wie in 71 gezeigt, werden die Zellen 4480 miteinander durch die leitfähigen Streifen oder Laschen 100 verbunden. Die erste Zelle 4480a ist darüber hinaus an die positive Klemme 120 angeschlossen.
Die Zellen 4480 werden in eine Kunststoffabdeckung oder ein geeignetes Isoliergehäuse 4505 eingewickelt. Das Gehäuse 4505 (schematisch dargestellt) legt den Klemmenblock 105 frei. Der Satz 4500 weist weiterhin einige elektrische Verbinder 4510 auf, zum Einrichten der elektrischen Verbindungen zwischen der Schaltung 130 (nicht in 70 gezeigt), beispielsweise der Mikrosteuerung 140 und dem Halbleiterschalter 180, und den Zellen 4480 und dem Klemmenblock 105. Bei einer Konstruktion weist der Satz 4500 einen ersten Verbinder 4515 auf, der die positive Klemme 110 mit dem positiven Eingang der Mikrosteuerung 140 verbindet, und einen zweiten Verbinder 4520, der die Messklemme 120 mit dem Messeingang der Mikrosteuerung 140 verbindet. Bei dieser Konstruktion weist der Satz 4500 auch einen dritten Verbinder 4525 auf, der die negative Klemme 115 mit dem Drain 195 des Halbleiterschalters 140 verbindet, und einen vierten Verbinder 4530, der die Source 190 des Halbleiterschalters 180 mit dem negativen Ende 95 der letzten Batteriezelle 4480e verbindet.
Bei dieser Konstruktion stellt der Satz 4500 die Stromverbindungen zwischen den Zellen 4480 und dem Klemmenblock 105 her, und richtet diese ein. Der Satz 4500 wird in dem Gehäuse 65 angeordnet, welches die Schaltung 130 enthält (beispielsweise den Halbleiterschalter 180, die Mikrosteuerung 140, und dergleichen).
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Batterie 50 ein Batteriesatz mit "Aufgleiten" sein, beispielsweise die in den 1-3 gezeigte Batterie 50. Bei anderen Konstruktionen kann die Batterie 50 ein Batteriesatz der "Turmart" sein, beispielsweise die Turmbatterie 4600, die in 72 dargestellt ist. Bei diesen Konstruktionen kann die Turmbatterie 4600 die Schaltung 130 enthalten, die wiederum Bauteile zur Verbesserung der Leistung der Turmbatterie 4600 enthalten kann. Bei anderen Konstruktionen kann die Batterie 4600 nur Abschnitte der Schaltung 130 enthalten, oder einen Abschnitt der Bauteile, die in der Schaltung 130 vorgesehen sind, um die Leistung der Batterie 4600 zu erhöhen.
Wie in den 72-76 gezeigt, weist die Turmbatterie 4600 ein Gehäuse 4615 auf. Bei einigen Konstruktionen kann das Gehäuse 4615 einen oberen Gehäuseabschnitt 4620 und einen unteren Gehäuseabschnitt 4625 aufweisen. Bei diesen Konstruktionen wird der obere Gehäuseabschnitt 4620 von dem unteren Gehäuseabschnitt 4625 durch eine Trennlinie 4627 getrennt. Wie bei den dargestellten Konstruktionen gezeigt, weist die Turmbatterie 4600 einen "Turm" 4630 oder Abschnitt auf, der sich von dem Gehäuse 4615 erstreckt, das zu einem elektrischen Gerät passt, beispielsweise einem Batterieladegerät, verschiedenen Elektrowerkzeugen, und dergleichen. Der Turm 4630 enthält die Klemmenhalterungen (nicht gezeigt) für den Klemmenblock oder die Klemmenbaugruppe (nicht gezeigt).
Die Turmbatterie 4600 enthält weiterhin eine oder mehrere Batteriezellen 4650, die jeweils chemische Eigenschaften und eine Nennspannung aufweisen. Ähnlich wie bei der Batterie 50 und den Batteriezellen 80 kann die Turmbatterie 4600 chemische Eigenschaften der Batterie entsprechend Li-Ion aufweisen, eine Nennspannung von etwa 18 V oder etwa 21 V (abhängig beispielsweise von der Art der Batteriezelle), und kann fünf Batteriezellen 4650a, 4650b, 4650c, 4650d und 4650e aufweisen. Bei anderen Konstruktionen (nicht gezeigt) kann die Turmbatterie 4600 chemische Eigenschaften der Batterie entsprechend Li-Ion aufweisen, eine Nennspannung von etwa 24 V, etwa 25 V oder etwa 28 V (abhängig beispielsweise von der Art der Batteriezelle), und kann sieben Batteriezellen aufweisen. Bei weiteren Konstruktionen kann die Turmbatterie 4600 mehr oder weniger Batteriezellen 4650 als gezeigt und geschildert aufweisen. Bei einem Beispiel für die Konstruktion weist jede Batteriezelle 4650 chemische Eigenschaften entsprechend Li-Ion auf, und weist jede Batteriezelle 4650 im wesentlichen dieselbe Nennspannung auf, beispielsweise etwa 3,6 V, etwa 4 V oder etwa 4,2 V.
Wie in den 76-84 gezeigt, können die Batteriezellen 4650 im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sein, und können eine Zellenlänge 4652 aufweisen, die mehr als das Zweifache und beinahe das Dreifache des Zellendurchmessers 4654 beträgt. Bei der dargestellten Konstruktion und bei einigen Aspekten kann jede Batteriezelle 4650 einen Durchmesser 4654 von etwa 26 Millimeter (26 mm) und eine Länge 4652 von zumindest etwa 60 Millimeter (60 mm) aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann jede Batteriezelle 4650 eine Länge 4652 von etwa 65 Millimeter (65 mm) aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann jede Batteriezelle 4650 eine Länge 4652 von etwa 70 Millimeter (70 mm) aufweisen.
Die Batteriezellen 4650, die in den 76-84 dargestellt sind, sind länger als die momentanen NiCd- und NiMH-Batteriezellen (nicht gezeigt). Die Batteriezellen 4650 müssen anders angeordnet werden als die herkömmlichen NiCd- und NiMH-Zellen. Ein Beispiel für die Anordnung der Batteriezellen 4650 in der Turmbatterie 4600 ist in 76 gezeigt. Die Batteriezellen 4650 sind so angeordnet, dass die Zellenlänge 4652 jeder Zelle senkrecht zur Batterielänge verläuft (gezeigt als die Achse 4656).
Andere Konstruktionen oder Beispiele für Batteriezellenanordnungen sind in den 77-84 dargestellt.
Wie in den 85-87 gezeigt, kann die Turmbatterie 4600a auch eine oder mehrere Batteriezellen 4680 aufweisen, die eine andere Nennspannung als die Batteriezellen 4650 haben. Bei den dargestellten Konstruktionen weisen die Batteriezellen 4680 jeweils eine Nennspannung von etwa 2,2 V oder etwa 2,4 V auf. Bei den dargestellten Konstruktionen der 85-87 weist die Turmbatterie 4600a annähernd die gleiche Nennspannung auf wie die Turmbatterie 4600, die in den 76-84 dargestellt ist, enthält jedoch zehn (10) Batteriezellen 4680.
Wie in den 85-87 gezeigt, können die Batteriezellen 4680 auch unterschiedliche Abmessungen als die in den 76-84 gezeigten Batteriezellen 4650 aufweisen. Die in den 85-87 gezeigten Batteriezellen 4680 weisen eine Zellenlänge 4682 auf, die mehr als das Dreifache des Zellendurchmessers 4684 beträgt. Bei den dargestellten Konstruktionen kann jede Batteriezelle 4680 einen Durchmesser 4684 von etwa 18,6 Millimeter (18,6 mm) und eine Länge 4682 von zumindest etwa 60 Millimeter (60 mm) aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann jede Batteriezelle 4680 eine Länge von etwa 65 Millimeter (65 mm) aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann jede Batteriezelle 4680 eine Länge 4682 von etwa 70 Millimeter (70 mm) aufweisen. Die 85-87 zeigen auch unterschiedliche Konstruktionen oder Beispiele von Anordnungen der Batteriezellen 4680 für die Turmbatterie 4600a.
Die 91-102 zeigen einen Batteriesatz 7010 ähnlich dem in den 2 und 3 gezeigten Batteriesatz 50. Der Batteriesatz 7010 weist ein Gehäuse 7012 auf, das einen oberen Gehäuseabschnitt oder eine Abdeckung 7014 und seitliche Gehäusehälften 7016, 7018 aufweist. Zusammen bilden die Abdeckung 7014 und die Gehäusehälften 7016, 7018 einen Innenraum 7020, und umschließen im wesentlichen eine oder mehrere Batteriezellen 7074 und die Schaltung 130. Bei der dargestellten Konstruktion ist die Batteriezelle 7024 ähnlich den voranstehend geschilderten und beschriebenen Batteriezellen 80. Bei anderen Konstruktionen kann das Gehäuse 7012 andere Formen und Ausbildungen aufweisen. So kann beispielsweise bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten das Gehäuse 7012 ähnlich Bauteilen sein, die in der US-Designpatentanmeldung mit der Seriennummer 29/205,933, eingereicht am 21. Mai 2004 gezeigt und beschrieben sind, deren Gesamtinhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
Bei der dargestellten Konstruktion der 91-102 und bei einigen Aspekten ist der Batteriesatz 7010 ein Batteriesatz mit 28 V, der sieben wieder aufladbare Batteriezellen 7024 mit jeweils etwa 4,0 V aufweist, die in Reihe geschaltet sind. Bei anderen Konstruktionen und anderen Aspekten kann der Batteriesatz 7010 eine andere Nennspannung aufweisen, beispielsweise 9,6 V, 12 V, 18 V, 24 V, 40 V, usw.
Die Batteriezellen 7024 können jegliche chemische Batterieeigenschaften haben, beispielsweise Blei-Säure, Nickel-Cadmium ("NiCd"), Nickel-Metallhydrid ("NiMH"), Lithium ("Li"), Lithium-Ion ("Li-Ion"), Lithium-Kobalt ("Li-Co"), Lithium-Mangan ("Li-Mn")-Spinell oder eine andere chemische Eigenschaft auf Lithiumgrundlage oder andere chemische Eigenschaften einer wieder aufladbaren oder nicht-wieder aufladbaren Batterie.
Bei der dargestellten Konstruktion und bei einigen Aspekten weist die Abdeckung 7014 eine im wesentlichen horizontale obere Oberfläche 7028 auf, eine nach außen und unten schräg verlaufende vordere Oberfläche 7030, und eine Klemmenhalterung 7032, die zwischen der oberen Oberfläche 7028 und der vorderen Oberfläche 7030 vorgesehen ist. Schienenstränge 7034 erstrecken sich in Horizontalrichtung entlang der oberen Oberfläche 7030 zwischen der Klemmenhalterung 7032 und einem hinteren Ende 7036 der oberen Oberfläche 7028, und können in Eingriff mit entsprechend ausgebildeten Ausnehmungen in elektrischen Geräten versetzt werden (beispielsweise einem schnurlosen Elektrowerkzeug oder einem Batterieladegerät), um zumindest teilweise mechanisch den Batteriesatz 7010 und das elektrische Gerät zu verbinden.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten weist der Batteriesatz 7010 zumindest eine Verriegelung 7040 auf, welche einen mechanischen Eingriff zwischen dem Batteriesatz 7010 und zumindest einigen elektrischen Geräten verhindert (beispielsweise Batterieladegeräten oder Elektrowerkzeugen, die eine unterschiedliche Nennspannung oder Leistungskapazität aufweisen als der Batteriesatz 7010). Bei der dargestellten Konstruktion der 91-102 und bei einigen Aspekten weist die Verriegelung 7040 Vorsprünge 7042 auf, die sich von einem oder mehreren der Schienenstränge 7034 nach außen erstrecken. Um den Batteriesatz 7010 mit einem akzeptablen elektrischen Gerät zu verbinden, versetzt eine Bedienungsperson die Schienenstränge 7034 und die Vorsprünge 7042 des Batteriesatzes 7010 in Eingriff mit passenden Ausnehmungen auf den elektrischen Geräten. Die Vorsprünge 7042 verhindern, dass die Bedienungsperson mechanisch den Batteriesatz 7010 mit elektrischen Geräten verbindet (beispielsweise Batterieladegeräten oder Elektrowerkzeugen, die eine unterschiedliche Nennspannung oder Leistungskapazität als der Batteriesatz 7010 aufweisen), die nicht eine komplementäre Konstruktion aufweisen.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten weist der Batteriesatz 7010 eine zweite Verriegelung 7044 auf, welche einen mechanischen Eingriff zwischen dem Batteriesatz 7010 und zumindest einigen elektrischen Geräten verhindert (beispielsweise Batterieladegeräten oder Elektrowerkzeugen, die eine unterschiedliche Nennspannung oder Leistungskapazität als der Batteriesatz 7010 aufweisen). Bei Konstruktionen des Batteriesatzes 7010, welche erste und zweite Verriegelungsvorrichtungen 7040, 7044 aufweisen, kann die erste Verriegelung 7042 einen mechanischen Eingriff zwischen dem Batteriesatz 7010 und einigen elektrischen Geräten verhindern, und kann die zweite Verriegelung 7044 einen mechanischen Eingriff zwischen dem Batteriesatz 7010 und anderen elektrischen Geräten verhindern.
Bei der dargestellten Konstruktion der 91-102 und bei einigen Aspekten weist die zweite Verriegelung 7044 einen Vorsprung 7045 auf, der sich von den Schienensträngen 7034 nach oben in der Nähe der Klemmenhalterung 7032 erstreckt. Um den Batteriesatz 7010 mit einem akzeptablen elektrischen Gerät zu verbinden, gelangen die Schienenstränge 7034 und die Vorsprünge 7045 in hierzu passende Ausnehmungen auf dem elektrischen Gerät, um mechanisch den Batteriesatz 7010 an dem elektrischen Gerät zu befestigen. Der Vorsprung 7045 verhindert, dass eine Bedienungsperson mechanisch den Batteriesatz 7010 mit elektrischen Geräten verbindet (beispielsweise Batterieladegeräten oder Elektrowerkzeugen, die eine unterschiedliche Nennspannung oder Leistungskapazität als der Batteriesatz 7010 aufweisen), die nicht eine komplementäre Konstruktion aufweisen.
Wie in den 99 und 102 gezeigt, erstrecken sich vordere und hintere Zungen 7046, 7084 seitlich nach außen von entgegengesetzten Seiten der Abdeckung 7014, und können in Eingriff mit entsprechenden Ausnehmungen 7050 gebracht werden, die in den Gehäusehälften 7016, 7018 vorgesehen sind, um die Abdeckung 7014 zwischen den Gehäusehälften 7016, 7018 zu befestigen. Wie nachstehend genauer erläutert wird, können bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten die vorderen Zungen 7046 auch oder alternativ die Bewegung von Einschnappklinken 7056 in Bezug auf die Abdeckung 7014 begrenzen.
Verbindungszungen 7060 erstrecken sich nach unten von der oberen bzw. vorderen Oberfläche 7028, 7030 der Abdeckung 7014 und legen Ausnehmungen 7062 fest. Wie nachstehend genauer erläutert wird, erstrecken sich Vorsprünge 7064 nach außen von den Gehäusehälften 7016, 7018, und sind in Eingriff mit den Ausnehmungen 7062 versetzbar, um die Abdeckung 7014 zwischen den Gehäusehälften 7016, 7018 zu befestigen. Bei der dargestellten Konstruktion der 91-102 und bei einigen Aspekten erstrecken sich Befestigungsmittel 7066 zwischen den Gehäusehälften 7016, 7018 und befestigen die Gehäusehälften 7016, 7018 aneinander.
Bei der dargestellten Konstruktion der 91-102 und bei einigen Aspekten erstrecken sich Verbindungsschienen 7068 nach oben von den Gehäusehälften 7016, 7018 an entgegengesetzten Seiten der Abdeckung 7014. Wie nachstehend genauer erläutert, können die Verbindungsschienen 7068 oder Abschnitte der Verbindungsschienen 7068 in Eingriff mit entsprechend ausgeformten Ausnehmungen in elektrischen Geräten versetzt werden, um mechanisch den Batteriesatz 7010 mit den elektrischen Geräten zu verbinden.
Bei der dargestellten Konstruktion der 91-102 und bei einigen Aspekten weist jede der Gehäusehälften 7016, 7018 einen horizontal verlaufenden Flansch 7070 und einen vertikal verlaufenden Flansch 7072 auf. Zusammen bilden die horizontalen und vertikalen Flansche 7070, 7072 zumindest teilweise Einschnappklinkenausnehmungen 7074 auf entgegengesetzten Seiten des Batteriesatzes 7010 aus. Wie in den 99 und 102 gezeigt, trennen Schlitze 7076 die horizontalen und vertikalen Flansche 7070, 7072 und stehen in Verbindung mit dem Innenraum 7020. Führungen 7080 erstrecken sich nach oben von äußeren Rändern der horizontalen Flansche 7070, und begrenzen, wie nachstehend genauer erläutert, die Bewegung der Einschnappklinken 7056 in Bezug auf die Gehäusehälften 7016, 7018.
Wie in den 91-102 gezeigt, weisen die Einschnappklinken 7056 Knöpfe 7082 auf, die sich nach außen durch die Einschnappklinkenausnehmungen 7074 erstrecken, die in den Gehäusehälften 7016, 7018 vorgesehen sind. Bei der dargestellten Konstruktion und bei einigen Aspekten weisen die Einschnappklinken 7056 auch seitlich verlaufende Flansche 7084 und nach außen verlaufende Zungen 7086 auf, die sich nach außen und nach hinten von den Flanschen 7084 aus erstrecken. Die seitlich verlaufenden Flansche 7084 sind auf den horizontalen Flanschen 7070 der Gehäusehälften 7016, 7018 gehaltert, und erstrecken sich nach innen durch die Schlitze 7076 zwischen den horizontalen und vertikalen Flanschen 7070, 7072 der Gehäusehälften 7016, 7018.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten werden Federn 7088 zwischen Innenseiten der Knöpfe 7082 und den vertikal verlaufenden Flanschen 7072 der Gehäusehälften 7016, 7018 gehaltert. Bei diesen Konstruktionen und diesen Aspekten spannen die Federn 7088 die Knöpfe 7082 nach außen vor. Zusätzlich, und wie nachstehend genauer erläutert, spannen die Federn 7088 die Einschnappklinken 7056 zu Verriegelungspositionen hin vor.
Rippen 7092 erstrecken sich nach unten von den seitlich verlaufenden Flanschen 7084, und können in Eingriff mit den Führungen 7080 der Gehäusehälften 7016, 7018 gebracht werden, um eine Bewegung nach außen der Einschnappklinken 7056 in Bezug auf die Gehäusehälften 7016, 7018 zu begrenzen. Die Rippen 7092 können auch in Eingriff mit den vorderen Zungen 7046 auf der oberen Oberfläche 7028 der Abdeckung 7014 gebracht werden, um eine Seitenbewegung der Einschnappklinken 7056 in Richtung im wesentlichen parallel zur äußeren Oberfläche der Knöpfe 7082 zu begrenzen.
Verriegelungselemente 7094 erstrecken sich nach oben von den Zungen 7086, und sind in der Nähe der Schienenstränge 7034 zum Eingriff mit entsprechend ausgeformten Ausnehmungen in elektrischen Geräten angeordnet. Im einzelnen werden, wenn eine Bedienungsperson auf die Knöpfe 7082 drückt, die Einschnappklinken 7056 und die Verriegelungselemente 7094 nach innen zu einer Entriegelungsposition bewegt, in welcher die Verriegelungselemente 7094 nicht in Eingriff mit den elektrischen Geräten versetzbar sind. Wenn die Bedienungsperson die Knöpfe 7082 freigibt, bewegen die Federn 7088 die Einschnappklinken 7056 und die Verriegelungselemente 7094 nach außen zu einer Verriegelungsposition, in welcher die Verriegelungselemente 7094 in verriegelnden Eingriff mit Ausnehmungen in den elektrischen Geräten versetzbar sind, um mechanisch den Batteriesatz 7010 an dem elektrischen Gerät zu befestigen.
Bei anderen Konstruktionen und anderen Aspekten können andere Bewegungen der Einschnappklinken 7056, einschließlich Drehbewegungen, vertikale Gleitbewegungen, usw., die Einschnappklinken 7056 zwischen Verriegelungs- und Entriegelungspositionen bewegen. Bei der dargestellten Konstruktion und bei einigen Aspekten kann der Batteriesatz 7010 zwei Einschnappklinken 7056 aufweisen. Bei anderen Konstruktionen und anderen Aspekten kann der Batteriesatz 7010 eine einzige Einschnappklinke 7056 aufweisen. Bei noch anderen Konstruktionen und bei anderen Aspekten kann der Batteriesatz 7010 drei oder mehr Einschnappklinken 7056 haben.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten weist der Batteriesatz 7010 auch eine Backe 7096 auf. Bei der dargestellten Konstruktion der 91-102 und bei einigen Aspekten sind Abschnitte der Backe 7096 zusammen mit der ersten und zweiten Gehäusehälfte 7016, 7018 ausgeformt. Bei diesen Konstruktionen und bei diesen Aspekten besteht die Backe 7096 aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, Kunststoff, usw., welches Stöße abfangen kann, die Übertragung von Schwingungen durch den Batteriesatz 7010 verringern kann, usw. Weiterhin kann bei einigen Konstruktionen und einigen Aspekten die Backe 7096 eine Außenoberfläche mit hoher Reibung aufweisen. Bei diesen Konstruktionen und diesen Aspekten kann die Backe 7096 verhindern, dass der Batteriesatz 7010 entlang einer Arbeitsoberfläche gleitet oder sich bewegt.
Bei der dargestellten Konstruktion und bei einigen Aspekten verbindet zum Zusammenbau des Batteriesatzes 7010 eine Bedienungsperson zuerst die Federn 7088 mit Innenseiten der Einschnappklinken 7056. Die Bedienungsperson drückt dann die Federn 7088 gegen die vertikalen Flansche 7072 der Gehäusehälften 7016, 7018 zusammen, und lässt die Einschnappklinken 7056 in die Einschnappklinken-Ausnehmungen 7074 gleiten, so dass sich zumindest ein Abschnitt der seitlich verlaufenden Flansche 7084 durch die Schlitze 7076 in den Gehäusehälften 7018, 7018 erstreckt. Die Einschnappklinken 8056 werden dann in den Einschnappklinken-Ausnehmungen 7074 durch den Eingriff zwischen den Rippen 7092 und den Führungen 7080 sowie zwischen den Rippen 7092 und den vorderen Zungen 7076 der Gehäusehälften 7016, 7018 gehaltert.
Nachdem die Einschnappklinken 7056 in den Einschnappklinken-Ausnehmungen 7074 angeordnet sind, führt die Bedienungsperson elektrische Bauteile, einschließlich der Batteriezellen 7024, in den Innenraum 7020 ein, der durch eine der Gehäusehälften 7016, 7018 festgelegt wird (beispielsweise die Gehäusehälfte 7016). Bei der dargestellten Konstruktion der 91-102 und bei einigen Aspekten kann die Bedienungsperson auch ein oder mehrere Polster oder Kissen 7098 in die Gehäusehälften 7016, 7018 einführen, um die elektrischen Bauteile zu schützen. Die Bedienungsperson richtet dann die vorderen und hinteren Zungen 7046, 7050 der Abdeckung 7014 mit entsprechenden Ausnehmungen 7015 in den Gehäusehälften 7016, 7018 aus, und richtet die Vorsprünge 7064 der Gehäusehälften 7016, 7018 mit den Ausnehmungen 7062 der Abdeckung 7014 aus, bevor die Abdeckung 7014 und die Gehäusehälften 7016, 7018 aneinander durch die Befestigungsmittel 7066 befestigt werden.
Im Betrieb ist der Batteriesatz 7010 elektrisch mit einem elektrischen Gerät verbindbar. Um den Batteriesatz 7010 an einem elektrischen Gerät zu befestigen, richtet eine Bedienungsperson die Schienenstränge 7034 mit entsprechenden Ausnehmungen auf dem elektrischen Gerät aus, und richtet die Verbindungsschienen 7068 mit entsprechenden Ausnehmungen auf dem elektrischen Gerät aus. Die Bedienungsperson bewegt dann den Batteriesatz 7010 in Eingriff mit dem elektrischen Gerät. Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann es erforderlich sein, die Knöpfe 7082 zu drücken, um die Einschnappklinken 7056 von der Verriegelungsposition zur Entriegelungsposition zu bewegen, bevor der Batteriesatz 7010 und das elektrische Gerät miteinander in Eingriff versetzt werden. Sobald der Batteriesatz 7010 und das elektrische Gerät im Eingriff stehen, bewegen die Federn 7088 die Verriegelungselemente 7094 in Verriegelungseingriff mit entsprechenden Ausnehmungen in dem elektrischen Gerät, um den Batteriesatz 7010 an dem elektrischen Gerät zu befestigen.
Sobald der Batteriesatz 7010 mit dem elektrischen Gerät verbunden ist, ist der Batteriesatz 7010 so betreibbar, dass er elektrische Energie an das elektrische Gerät liefert (also bei Konstruktionen, bei welchen das elektrische Gerät ein Elektrowerkzeug ist), oder ist alternativ der Batteriesatz 7010 betriebsfähig zum Empfang von Energie von dem elektrischen Gerät (beispielsweise bei Konstruktionen, bei welchen das elektrische Gerät ein Batterieladegerät ist).
Um den Batteriesatz 7010 von dem elektrischen Gerät zu entfernen, drückt die Bedienungsperson auf die Knöpfe 7082, wodurch die Einschnappklinken 7056 aus der Verriegelungsposition zur Entriegelungsposition bewegt werden. Die Bedienungsperson bewegt dann den Batteriesatz 7010 nach außen und weg von dem elektrischen Gerät, um die Schienenstränge 7034 und die Schienen 7068 außer Eingriff von angepassten Ausnehmungen in dem elektrischen Gerät zu bringen.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten gelangen die Einschnappklinken 7056 nicht in Eingriff mit einer Konstruktion auf dem elektrischen Gerät, und wird der Batteriesatz 7010 nicht mit dem elektrischen Gerät verriegelt. Beispielsweise bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten (beispielsweise wenn das elektrische Gerät ein Batterieladegerät ist), wird der Batteriesatz 7010 auf dem elektrischen Gerät gehaltert, jedoch nicht daran befestigt oder verriegelt.
Bei einigen Konstruktionen und bei einigen Aspekten kann die Batterie 7010 (und die Batterie 50) eine Vorrichtung aufweisen, welche einen unbefugten Eingriff bei der Batterie 7010 verhindern kann, oder anzeigen kann, ob bei der Batterie 7010 ein unbefugter Eingriff erfolgte. Wie in den 91-102 gezeigt erzeugen, wenn die Batterie 50 zusammengebaut ist, die Gehäusehälften 7016, 7018 eine Trennlinie 7725.
Wie in den 98, 99 und 101 gezeigt, kann eine Vorrichtung 7730 im wesentlichen über einem Abschnitt der Trennlinie 7725 angeordnet werden, um zu helfen anzuzeigen, ob bei der Batterie 7010 ein unbefugter Eingriff erfolgte oder versucht wurde. Bei einer Konstruktion weist die Vorrichtung 7730 ein Metallnamensschild auf, das auf der unteren Oberfläche 7740 der Batterie 7010 angeordnet ist, und im wesentlichen einen Abschnitt der Trennlinie 7725 abdeckt. Das Namensschild 7730 kann an der Batterie 7010 unter Einsatz verschiedener herkömmlicher Verfahren befestigt werden, wie dies auf diesem Gebiet bekannt ist. Für die Wartung der Batterie 7010 müsste eine Bedienungsperson durch das Namensschild 7730 entlang der Trennlinie 7725 schneiden, um die Gehäusehälften 7016, 7018 zu trennen.
Bei einigen Konstruktionen können nur qualifizierte Bedienungspersonen die Wartung oder Reparatur der Batterie 7010 vornehmen. Wenn eine qualifizierte Bedienungsperson feststellt, dass das Namensschild 7730 einer bestimmten Batterie 7010 geschnitten oder abgeändert wurde, so kann die Bedienungsperson feststellen, dass bei der Batterie 7010 ein unbefugter Eingriff erfolgte. Bei einigen Konstruktionen, bei welchen eine Batterie 7010 eine Garantie hat, kann die Vorrichtung 7730 dazu helfen, anzuzeigen, welche Batterien 7010 einen gültigen Garantieanspruch aufweisen, und bei welchen Batterien 7010 ein unbefugter Eingriff erfolgte.
Bei anderen Konstruktionen kann die Vorrichtung 7730 ein oder mehrere unterschiedliche Materialien aufweisen, oder kann auf einem anderen Ort auf der Batterie 7010 angeordnet sein.
Wie ebenfalls in den 99 und 102 gezeigt, weist die Batterie 7010 einen Batteriekern 7805 und einen Klemmenblock 7810 auf. Bei einigen Konstruktionen kann der Klemmenblock 7810 gleich dem Klemmenblock 105 sein, der voranstehend gezeigt und beschrieben wurde. Bei einigen Konstruktionen, beispielsweise der dargestellten Konstruktion der 99 und 102, weist der Batteriekern 7805 die Batteriezellen 7024 auf, Endkappen 7820 und 7822, und die Schaltung 130.
Damit die Batterie 7010 weniger empfindlich für durch Schwingungen hervorgerufene Beschädigungen ist, weist die Batterie 50 mehrere schwebende Verbindungen auf. Die schwebenden Verbindungen ermöglichen es den verschiedenen Teilen, sich in Bezug aufeinander zu bewegen, während die elektrische Verbindung beibehalten bleibt, in einigen Fällen. Anders ausgedrückt, ist die Verbindung zwischen Teilen keine starre körperliche Verbindung.
Bei den dargestellten Konstruktionen sind die Batteriezellen 7024 innerhalb der Endkappen 7820 und 7822 angeordnet, so dass die Batteriezellen 7024 schwebend in Bezug aufeinander angeordnet sind. Die leitfähigen Streifen 7830 verbinden die jeweiligen Batteriezellen 7024 miteinander. Entsprechend ist der Batteriekern 7805 schwebend in Bezug auf das Gehäuse der Batterie 50 ausgebildet. Der Batteriekern 7805 ist in der Batterie 50 so angeordnet, dass sich der Kern 7805 bewegen kann. Die Polster 7098 nehmen alle Stöße von dem Batteriekern 7805 auf, wenn auf die Batterie 7010 Schwingungen einwirken. Wie in 99 gezeigt, stehen die LEDs (nicht gezeigt), die in der Energievorratsanzeige (nicht gezeigt) vorgesehen sind, der Schaltung 130 durch Öffnungen 7840 der Batterieabdeckung 7014 vor. Die LEDs sind an der Schaltung 130 (beispielsweise der PCB 7850) befestigt, die in dem Batteriekern 7805 enthalten ist. Daher sind die LEDs nicht starr an dem Gehäuse der Batterie 7010 befestigt. Weiterhin weist der Klemmenblock 7810 die verschiedenen Batterieklemmen (beispielsweise positive Klemme, negative Klemme und Messklemme) auf, die voranstehend gezeigt und beschrieben wurden. Der Klemmenblock 7810 weist eine schwebende Verbindung in Bezug auf den Batteriekern 7805 und auch in Bezug auf die Abdeckung 7014 der Batterie 7010 auf. Wenn die Batterieklemmen (und wiederum der Klemmenblock 7810) mit einem elektrischen Gerät gekuppelt sind, können auf den Klemmenblock 7810 durch das Gerät hervorgerufene Schwingungen einwirken. Infolge der schwebenden Verbindungen zwischen dem Klemmenblock 7810 und dem Gehäuse der Batterie 7010 sowie zwischen dem Klemmenblock 7810 und dem Batteriekern 7805 wird das Ausmaß der Schwingungen verringert, die auf den Kern 7805 und das Gehäuse übertragen werden.
Wie voranstehend erläutert, kann die Batterie 50 verschiedene Information in Bezug auf bestimmte Batterieparameter speichern. Bei einigen Konstruktionen kann die Information von der Batterie 50 über ein Wartungsmodul 6750 (auch als "Lesegerät" bezeichnet) abgezogen werden. Wie in den
103-105 gezeigt, kann das Wartungsmodul 6750 an die Klemmen (nicht gezeigt) der Batterie 50 angeschlossen werden, und Information herunterladen, die in der Batterie gespeichert ist.
Bei den dargestellten Konstruktionen weist das Wartungsmodul 6750 ein Gehäuse 6755 auf. Das Gehäuse 6755 stellt Klemmenhalterungen (nicht gezeigt) zur Verfügung. Das Wartungsmodul 6750 kann weiterhin ein oder mehrere Wartungsklemmen (nicht gezeigt) aufweisen, die von den Klemmenhalterungen gehaltert werden, und an eine oder mehrere Klemmen der Batterie 50 anschließbar sind. Die Wartungsklemmen sind an eine Lesegerätschaltung (nicht gezeigt) angeschlossen. Die Lesegerätschaltung kann eine Mikrosteuerung und einen zusätzlichen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern der von der Batterie 50 empfangenen Information aufweisen. Das in den 103-105 dargestellte Wartungsmodul 6730 ist batteriebetrieben. Bei einigen Konstruktionen enthält das Wartungsmodul 6750 eine Energieversorgungsquelle, beispielsweise eine Batterie, innerhalb des Gehäuses 6755, oder kann von der Batterie 50 versorgt werden, wenn es angeschlossen ist. Bei anderen Konstruktionen kann das Wartungsmodul 6750 ein Stromanschlusskabel (nicht gezeigt) aufweisen, und dazu ausgebildet sein, Wechselstrom zu empfangen.
Wie in den 103-105 gezeigt, kann das Wartungsmodul 6750 weiterhin eine Anzeige 6755 aufweisen, beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, eine LED-Anzeige oder dergleichen. Das Wartungsmodul 6750 kann auch einen oder mehrere, vom Benutzer betätigte Schalter 6770 aufweisen. Bei einigen Konstruktionen kann die Anzeige 6755 die Information anzeigen, die in der Batterie 50 gespeichert ist. Bei anderen Konstruktionen kann die Anzeige 6755 die Information anzeigen, die von der Batterie 50 in das Wartungsmodul 6750 heruntergeladen wurde. Bei weiteren Konstruktionen kann die Anzeige 6750 verschiedene Funktionen oder Menüs anzeigen, die ein Benutzer auswählen und durch die er sich bewegen kann, um den Betrieb des Wartungsmoduls 6750 zu steuern. So kann beispielsweise ein Benutzer auswählen, welche Art von Information von der Batterie 50 heruntergeladen werden soll, über einen oder mehrere Schalter 6770. Bei den dargestellten Konstruktionen sind die Schalter 6770 Druckknopfschalter. Bei anderen Konstruktionen können die Schalter 6770 verschiedene zusätzliche Eingänge aufweisen, beispielsweise einen Berührungsbildschirm, eine Tastatur, einen seriellen Port, oder dergleichen. Das Wartungsmodul 6770 kann auch einen oder mehrere Ausgangsports (nicht gezeigt) aufweisen, um heruntergeladene Information auf ein anderes Gerät wie beispielsweise einen Computer zu übertragen.
Bei weiteren Konstruktionen liest das Wartungsmodul 6750 einfach in der Mikrosteuerung 140 der Batterie 50 gespeicherte Information, und zeigt die Information auf der Anzeige 6755 an. Bei diesen Konstruktionen speichert das Wartungsmodul 6750 nicht die Information, die von der Batterie 50 ausgelesen wird, oder auf der Anzeige 6755 angezeigt wird.
Die Konstruktionen, die voranstehend beschrieben und in den Figuren dargestellt sind, dienen nur als Beispiel, und sollen nicht als Einschränkung der Konzepte und Grundlagen der vorliegenden Erfindung dienen. Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass verschiedene Änderungen der Elemente und ihrer Konfiguration und Anordnung möglich sind, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen angegeben sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zur Durchführung eines Vorgangs, der eine Batterie umfasst. Die Batterie weist eine Zelle auf, die eine Spannung hat. Energie ist übertragbar zwischen der Zelle und dem elektrischen Gerät. Eine Steuerung ist so betreibbar, dass sie eine Funktion des Batteriesatzes steuert. Die Steuerung ist ebenfalls betreibbar mit einer Spannung, die zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle ist, oder größer ist als diese. Die Zelle ist so betreibbar, dass sie selektiv eine Spannung der Steuerung zuführt. Das Verfahren umfasst den Vorgang, die Steuerung zum Betrieb freizuschalten, wenn die von der Zelle zugeführte Spannung unterhalb der Betriebsspannungsschwelle liegt.

Claims

Verfahren zur Durchführung einer Operation, die eine Batterie umfasst, wobei die Batterie eine Zelle aufweist, die eine Spannung hat, Energie zwischen der Zelle und dem elektrischen Gerät übertragbar ist, eine Steuerung so betreibbar ist, dass sie eine Funktion des Batteriesatzes steuert, die Steuerung mit einer Spannung betreibbar ist, die zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle oder größer ist als diese, wobei die Zelle so betreibbar ist, dass sie selektiv eine Spannung an die Steuerung liefert, und das Verfahren den Vorgang umfasst, die Steuerung zum Betrieb freizuschalten, wenn die von der Zelle gelieferte Spannung unterhalb der Betriebsspannungsschwelle liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Batterie eine Schaltung aufweist, die so betreibbar ist, dass sie eine Spannung an die Steuerung liefert, und der Vorgang des Freischaltens den Vorgang umfasst, durch die Schaltung eine Spannung an die Steuerung zu liefern, so dass die Spannung, die der Steuerung zugeführt wird, zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle oder größer ist als diese.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Schaltung eine Spannungserhöhungsschaltung aufweist, die so betreibbar ist, dass sie die von der Zelle gelieferte Spannung erhöht, und bei welchem der Vorgang der Zuführung das Erhöhen der Spannung umfasst, welche der Steuerung durch die Zelle zugeführt wird, auf zumindest entweder eine Betriebsspannungsschwelle oder darüber hinaus.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Schaltung eine Energieversorgungsquelle aufweist, die so betreibbar ist, dass sie eine Spannung an die Steuerung liefert, und die Energieverbrauchsquelle nicht so betreibbar ist, dass sie Energie an das elektrische Gerät liefert, wobei der Vorgang der Zufuhr den Vorgang umfasst, Spannung von der Energieversorgungsquelle der Steuerung zuzuführen, so dass die Spannung, welche der Steuerung zugeführt wird, zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle oder größer ist als diese.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Energieversorgungsquelle ein Leistungsbauteil aufweist, welches eine Spannung der Steuerung zuführen kann, und bei welchem der Vorgang der Zufuhr den Vorgang der Zufuhr einer Spannung von dem Leistungsbauteil zu der Steuerung umfasst, so dass die Spannung, welche der Steuerung zugeführt wird, zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle ist, oder größer ist als diese.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das Leistungsbauteil einen Kondensator enthält, der so betreibbar ist, dass er eine Spannung an die Steuerung liefert, und bei welchem der Vorgang der Zufuhr den Vorgang umfasst, eine Spannung von dem Kondensator der Steuerung zuzuführen, so dass die der Steuerung zugeführte Spannung zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle ist, oder größer ist als diese.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das Leistungsbauteil eine Batteriezelle aufweist, die so betreibbar ist, dass sie eine Spannung der Steuerung zuführt, und bei welchem der Vorgang der Zufuhr den Vorgang der Zufuhr einer Spannung von der Batteriezelle zu der Steuerung umfasst, so dass die der Steuerung zugeführte Spannung zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle oder größer ist als diese.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Schaltung einen Schalter aufweist, der so betreibbar ist, dass er selektiv die Übertragung von Energie zwischen der Zelle und dem elektrischen Gerät unterbricht, und bei welchem der Vorgang des Freischaltens den Vorgang des Steuerns des Schalters auf solche Weise umfasst, dass die von der Zelle der Steuerung zugeführte Spannung zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle ist, oder größer ist als diese.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der Schalter einen FET aufweist, und bei welchem der Vorgang des Freischaltens den Vorgang des Steuerns des FET auf solche Weise umfasst, dass die von der Zelle an die Steuerung zugeführte Spannung zumindest entweder gleich einer Betriebsspannungsschwelle ist, oder größer ist als diese.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Vorgang umfasst, Energie von der Zelle dem elektrischen Gerät zuzuführen, um das elektrische Gerät zu betreiben.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem der Batteriesatz ein Elektrowerkzeug-Batteriesatz ist, das elektrische Gerät ein Elektrowerkzeug ist, und bei welchem der Vorgang der Zufuhr den Vorgang der Zufuhr von Energie von der Zelle zum Elektrowerkzeug umfasst, um das Elektrowerkzeug zu betreiben.
Verfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin den Vorgang umfasst, durch die Steuerung die Übertragung von Energie zwischen der Zelle und dem elektrischen Gerät zu unterbrechen.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Zelle so betreibbar ist, dass sie Energie an das elektrische Gerät für den Betrieb des elektrischen Gerätes liefert, und bei welchem der Vorgang der Unterbrechung den Vorgang der Unterbrechung der Zufuhr von Energie von der Zelle zum elektrischen Gerät umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das elektrische Gerät ein Elektrowerkzeug ist, und bei welchem der Vorgang der Unterbrechung den Vorgang der Unterbrechung der Zufuhr von Energie von der Zelle zum Elektrowerkzeug umfasst.